تولید پلاستیکی رسانا با عملکرد الکتریکی مشابه بافت انسانی

ایسنا/دانشمندان موفق شدند که نوع جدیدی از پلاستیک نرم و کشسان تولید کنند که جریان الکتریکی را به‌صورت کارآمد هدایت کند، این دستاورد می‌تواند عملکرد ایمپلنت‌هایی مانند ضربان‌سازها، مانیتورهای قند خون و حسگرهای عصبی را بهبود بخشد.

این پژوهش به سرپرستی انریکه گومز، استاد مهندسی شیمی در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، بر پلیمر رسانای الکتریکی (PEDOT:PSS) متمرکز است. این پلاستیک ژله‌ای پیش‌تر در فناوری‌هایی مانند ربات‌های نرم و نمایشگرهای لمسی استفاده شده بود، زیرا هم انعطاف‌پذیر است و هم رسانایی الکتریکی دارد. ویژگی مهم آن برای کاربردهای پزشکی این است که می‌تواند با سیگنال‌های الکتریکی بدن تعامل برقرار کند.

---

بازار

---

بدن انسان و دستگاه‌های الکترونیکی هر دو از جریان الکتریکی اما به شیوه‌ای متفاوت استفاده می‌کنند. رایانه‌ها برق را از طریق حرکت الکترون‌ها در سیم‌های فلزی و نیمه‌رساناها منتقل می‌کنند، در حالی که اعصاب بدن سیگنال‌ها را با یون‌ها - ذرات باردار موجود در مایعاتی مانند آب‌نمک - ارسال می‌کنند. این ماده ویژگی منحصربه‌فردی دارد، زیرا می‌تواند هر دو نوع انتقال الکتریکی را پشتیبانی و پلی میان زیست‌شناسی و الکترونیک ایجاد کند.

پژوهشگران برای درک بهتر ساختار این ماده، از فناوری پیشرفته میکروسکوپ الکترونی کرایو (cryo-EM) استفاده کردند. این روش به‌جای نور از پرتو الکترون و دمای بسیار پایین - حدود منفی ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد - بهره می‌برد تا ساختار مواد را در مقیاس اتمی مشاهده کند. آن‌ها قطرات بسیار کوچک از ماده را منجمد کردند و توانستند جزئیاتی را دریابند که با میکروسکوپ‌های معمولی قابل مشاهده نیست.

نتایج نشان داد، افزودن مقدار کمی نمک و آب موجب شکل‌گیری میلیون‌ها رشته میکروسکوپی در ساختار پلاستیک می‌شود، رشته‌هایی شبیه تارهای بسیار ریز که مسیرهای انتقال برق و یون‌ها را بهبود می‌بخشند. در این آزمایش، نمونه‌هایی که دارای افزودنی نمک بودند، این ساختارهای بیشتر را نشان دادند و در نتیجه بهتر برق را هدایت کردند.

آب، نیز نقش کلیدی داشت؛ زمانی که پلاستیک آب جذب می‌کرد، نرم‌تر و کشسان‌تر می‌شد، ویژگی مهم برای موادی که باید همراه با حرکت بدن بدون شکستگی خم شوند. نمک‌های لیتیومی در این فرآیند موثرتر بودند، زیرا جذب آب را افزایش می‌دادند اما بدون وجود آب، ماده شکننده می‌شد و انعطاف‌پذیری خود را از دست می‌داد.

نکته جالب این است که حتی زمانی که ماده با آب متورم می‌شد، عملکرد الکتریکی آن پایدار می‌ماند. رشته‌های ایجادشده با نمک در جای خود حفظ می‌شدند و امکان انتقال همزمان برق و حفظ انعطاف‌پذیری را فراهم می‌کردند؛ ترکیبی کمیاب که برای نسل جدید دستگاه‌های زیست‌الکترونیکی ضروری است.

هر چند این کشف به بسیاری از پرسش‌ها پاسخ داده است، اما هنوز ابهاماتی مانده ازجمله اینکه نمک چگونه دقیقا موجب شکل‌گیری این رشته‌ها می‌شود و چگونه می‌توان این فرآیند را برای کاربردهای خاص تنظیم کرد.

سایت نوریج، پژوهش‌های آینده بر بهینه‌سازی این ماده برای کاربردهایی مانند ایمپلنت‌های قلبی، حسگرهای پوستی و ابزارهای اندازه‌گیری فعالیت عصب و عضله تمرکز خواهد داشت. در صورت موفقیت، این فناوری می‌تواند نسل جدیدی از تجهیزات پزشکی راحت‌تر، بادوام‌تر و سازگارتر با سیستم الکتریکی طبیعی بدن را ایجاد کند.

🔹"آخرین خبر" در روبیکا
🔹"آخرین خبر" در ایتا
🔹"آخرین خبر" در بله