严厉的新水凝胶混合动力不会干出

水性材料可以用于制造人造皮肤,更持久的隐形眼镜。



如果你把果冻的立方体厨房的柜台上,最终它的水分会蒸发掉,留下萎缩,硬化质量的背后 - 几乎开胃甜点。同样是水凝胶如此。的大部分是水制成,这些明胶样聚合物材料是有弹性的和吸收性直到它们不可避免地变干。 

现在bt365手机的工程师已经找到一种方法,以防止水凝胶的脱水,用一种技术,可能会导致更持久的隐形眼镜,有弹性的微流体装置,灵活的生物电子学,甚至人造皮肤。

工程师,由宣昭,罗伯特n个LED。在机械工程的bt365手机的部门诺伊斯职业发展副教授,设计稳健地结合到水凝胶弹性体的方法 - 弹性聚合物如橡胶,硅橡胶,是有弹性的凝胶一样又不透水。他们发现,用薄的弹性体层涂覆的水凝胶提供了一种捕水屏障,保持在水凝胶湿润,灵活且鲁棒的。结果今天发表在杂志 自然通讯。

Zhao说的组采取灵感来自人体皮肤,这是由键合到下面的真皮层的外表皮层的它的设计。表皮充当盾牌,保护真皮及神经和毛细血管网,以及身体的肌肉和器官的其余部分,干燥。

该球队的水凝胶的弹性体混合在设计上相似,并比强硬实际上多次,表皮和真皮之间的结合。团队开发的物理模型来定量引导的各种水凝胶型弹性体结合的设计。此外,研究人员正在探索的混合材料的各种应用,包括人造皮肤。在相同的纸,它们报告发明一种技术来图案微小通道进入混合材料,类似于血管。他们还嵌入复合离子的电路材料中的模拟神经网络。

“我们希望这项工作铺平了道路,以合成皮肤,甚至与生物学功能非常柔软,富有弹性的皮肤的机器人,”赵说。

该论文的第一作者是bt365手机的研究生hyunwoo议员。共同作者包括bt365手机的研究生德国阿尔贝托·帕拉达和新月刘和前赵群博士后10克张,现在在雪城大学的助理教授。

皮肤下得到

在2015年12月,赵的研究小组报告,他们已经开发出一种技术,以实现水凝胶到固体表面如金属,陶瓷,和玻璃的非常坚固的粘结。研究人员使用的技术水凝胶中嵌入电子传感器来创建“智能”绷带。他们发现,然而,水凝胶最终会干出来,失去了它的灵活性。

也有人试图用盐水,以防止脱水处理的水凝胶,但赵说,这种方法可以使水凝胶与生物组织不相容,甚至是有毒的。相反,研究人员,通过皮肤的启发,理由是凝胶涂层与同样是有弹性的,而且耐水将是防止脱水更好的策略的材料。他们很快就降落在弹性体作为理想的涂层,但橡胶材料想出了一个重大的挑战:这是与水凝胶结合具有抗性。

“大多数弹性体是疏水性的,这意味着他们不喜欢水,”议员说。 “但水凝胶是水的修改版本。所以这些材料不喜欢对方多,通常不能形成良好的附着力。”

球队试图将材料粘合在一起使用它们的固体表面开发的技术,但与弹性体,蔡素玉说,水凝胶粘合通过化学粘合剂文献搜索之后是“可怕的疲软。”,研究人员发现一个候选化合物是可能带来的水凝胶和弹性体一起:二苯甲酮,其通过紫外(UV)光活化的。

弹性体的薄片浸入二苯甲酮中的溶液后,研究人员缠水凝胶的片材处理过的弹性体,并暴露所述混合于UV光。他们发现,在干燥的实验室环境中在48小时后,该混合材料的重量没有变化,这表明水凝胶保留了大部分它的水分。他们还测量剥离分开两种材料所需的力,并且发现,将它们分开所需的每平方米1000焦耳 - 而不是从真皮剥离皮肤的表皮所需的力要高得多。 

“这甚至比皮肤更强硬,”赵说。 “我们也可以将材料拉伸到原来的长度七倍,债券仍然成立。”

扩大水凝胶工具集

采取皮肤更进一步该比较,团队设计来蚀刻所述水凝胶的弹性体混合内微小通道,以模拟血管的简单网络的方法。他们第一固化共用弹性体到硅晶片上模具用一个简单的三通道图案,蚀刻图案到使用软光刻法的弹性体。他们然后将其浸入所述图案化的弹性体在二苯甲酮,水凝胶铺设的片材在所述弹性体,并且两个层暴露于紫外光。在实验中,研究人员能够通过在该混合材料的每个通道中流动的红色,蓝色和绿色食用色素。  

育说,在未来,混合弹性体材料可以被用作一个弹性的微流体绷带,直接通过皮肤递送药物。

“我们发现,我们可以将其作为一个可拉伸的微电路,”议员说。 “在人体内,事情移动,弯曲和变形。在这里,我们可以或许做微流体,看看[设备]在身体的运动部件的行为“。

研究人员还探讨了混合材料的潜力作为复合离子电路。神经网络是这样的电路;在皮肤中的神经发离子来回信号的感觉如热和疼痛。 Zhao说的水凝胶,而主要由水,是天然的导体,通过它离子可以流动。添加的弹性体层的,他说,充当绝缘体,防止离子逸出 - 用于任何电路的必要组合。

以使其导通,以离子,研究者浸没在混合材料中的氯化钠的浓溶液,然后连接在材料到LED的光。通过在材料的任一端放置电极,所以能够生成在光切换的离子电流。

“我们不是摆样子的金属的非常漂亮的电路,但水凝胶,模拟神经元的功能,”议员说。 “我们可以改变他们,他们仍然保持连接和功能。”

瞬炫云,在哈佛医学院和马萨诸塞州总医院的副教授说,水凝胶和弹性体的,当组合时,可能会导致新的应用程序不同的物理和化学性质。

“这是一个令人深思的作品,”云,谁没有参与这项研究说。 “许多[应用]中,我可以想像,被植入,并提供一个窗口,与身体健康监测,检测病原体,并提供药物发生相互作用聪明的人造皮肤。”

接着,组希望在许多应用中,包括可穿戴的电子和按需药物递送绷带,以及非干性油,嵌有电路的隐形眼镜进一步测试混合材料的潜力。

“最终,我们正在努力扩大使用水凝胶作为一种先进的工程工具集的说法,”赵说。

这项研究资助,部分由海军研究实验室布店,士兵纳米技术研究所bt365手机和美国国家科学基金会的办公室。