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362msc.com:良好导电的聚合物可能在生物医学设备中有用

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良好导电的聚合物可能在生物医学设备中有用,例如有助于感应或电刺激。但是有一个阻碍其广泛使用的症结所在:它们无法粘附在传感器或微芯片等表面上,即使人体中有水分也无法保持原状。

现在,麻省理工学院的研究人员提出了一种使导电聚合物凝胶粘附在潮湿表面上的方法。

麻省理工学院的博士生Hyunwoo Yuk,前访问学者井上彰久,博士后卢宝阳和机械工程教授Xuanhe Zhao的论文在《科学进展》杂志中描述了这种新的粘合方法。

Zhao解释说,大多数用于生物医学设备的电极都是由铂或铂铱合金制成的。这些是非常好的电导体,可以在人体潮湿的环境中耐用,并且化学性质稳定,因此不会与周围组织发生相互作用。但是它们的刚度是主要缺点。因为它们不能随着身体的移动而弯曲和伸展,所以它们可以损坏脆弱的组织。

相比之下,诸如PEDOT:PSS之类的导电聚合物可以非常接近人体脆弱组织的柔软度和柔韧性。棘手的部分是让它们保持与所连接的生物医学设备的连接。多年来,研究人员一直在努力使这些聚合物在潮湿和经常移动的环境中具有持久性。

Yuk说:“已经有成千上万的论文在谈论这些材料的优势,”但是制造生物医学设备的公司“只是不使用它们”,因为它们需要极其可靠和稳定的材料。材料的故障可能需要侵入性的外科手术程序来替换,这给患者带来了额外的风险。

他说,硬金属电极“有时会损伤组织,但它们在几年内的可靠性和稳定性方面表现良好”,直到现在,聚合物替代品才是这种情况。

解决该问题的大多数努力涉及对聚合物材料进行重大修改,以提高其耐用性和粘附能力,但Yuk说,这本身就产生了问题:公司已经在制造这些聚合物的设备上进行了大量投资,并进行了重大改变配方将需要在新的生产设备上进行大量投资。这些变化将针对在经济方面相对较小但潜在影响较大的市场。已尝试的其他方法仅限于特定材料。相反,麻省理工学院(MIT)团队专注于进行尽可能少的更改,以确保与现有生产方法的兼容性,并使该方法适用于多种材料。

他们的方法包括在导电聚合物水凝胶和基材之间形成一层非常薄的粘合层。尽管只有几纳米厚(十亿分之一米),但该层可有效地使凝胶粘附于各种常用的基材材料,包括玻璃,聚酰亚胺,氧化铟锡和金。胶粘剂层会渗透到聚合物本身中,从而形成坚固耐用的保护结构,即使长时间暴露在潮湿环境中也能将材料保持在原位。

粘合剂层可通过多种标准制造工艺(包括旋涂,喷涂和浸涂)应用于设备,从而易于与现有制造平台集成。研究人员在测试中使用的涂层由聚氨酯制成,聚氨酯是一种亲水性(吸水)材料,易于获得且价格便宜,尽管也可以使用其他类似的聚合物。Yuk解释说,这种材料“在形成互穿网络时会变得非常坚固”,就像将它们涂覆在导电聚合物上时一样。他说,这种增强的强度应该解决与未涂覆的聚合物有关的耐久性问题。

结果是机械强度高且导电的凝胶与其附着的表面紧密结合。Yuk说:“这是一个非常简单的过程。”

事实证明,这种粘结具有很高的耐弯曲,扭曲甚至折叠基材的性能。粘合剂聚合物已经在实验室中使用超声波在加速老化条件下进行了测试,但Yuk表示,要使生物医学设备行业接受这种新材料,将需要更长,更严格的测试来确认这些涂覆纤维在实际条件下的稳定性。很长一段时间。

他说:“我们很高兴获得许可并将其用于实际情况,以便对其进行进一步测试。” 他说,该团队已经开始与制造商交谈,以了解“我们如何最好地帮助他们测试这一知识”。

斯坦福大学化学工程学教授鲍振南说:“我认为这是一项伟大的工作。” “湿式胶粘剂已经是一个巨大的挑战。在湿润条件下能正常工作的导电胶粘剂更加罕见。神经接口和记录来自心脏或大脑的电信号非常需要它们。”

鲍说,这项工作“是生物电子领域的重大进步。”

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