用于医疗应用的导电水凝胶

由于其组织样的机械性能，水凝胶越来越多地用于生物医学申请；一个众所周知的例子是软隐形眼镜。这些凝胶状聚合物由90％的水组成，具有弹性，特别是生物相容性。也是电导性的水凝胶允许其他应用领域，例如在体内的电信号传输或AS中传感器。

研究培训小组（RTG）的跨学科研究团队2154 Kiel University（CAU）的“大脑材料”（CAU）现在开发了一种生产具有极高电导率水平的水凝胶的方法。使这种方法与众不同的是，水凝胶的机械性能在很大程度上保留。这样，它们可能特别适合作为医学功能的材料植入物，用于治疗某些脑部疾病。

“水凝胶的弹性可以适应体内的各种组织，甚至可以适应脑组织的一致性。这就是为什么我们对这些水凝胶作为植入物材料特别感兴趣的原因。材料RTG 2154的博士研究员，该研究的主要作者之一。因此，材料和医学科学家的跨学科合作重点是开发植入物的新材料，例如释放活性物质来治疗脑部疾病如癫痫，，，，肿瘤或动脉瘤。导电水凝胶可用于控制活性物质的释放，以便以更具针对性的方式治疗某些疾病。

为了产生导电水凝胶，常规水凝胶通常与电流导电混合纳米材料由金属或碳制成的，例如黄金纳米线，，，，石墨烯或碳纳米管。为了达到良好的电导率，通常需要高浓度的纳米材料。但是，这改变了水凝胶的原始机械性能，例如它们的弹性，因此影响了它们与周围细胞的相互作用。细胞对其环境的性质特别敏感。他们对周围的材料感到最舒适，其特性与体内的自然环境尽可能地相对应。

不再需要石墨烯

在与各个工作组的密切合作中，研究团队现在能够开发具有理想组合的水凝胶：它不仅是导电性的，而且还保留其原始的弹性水平。对于电导率，科学家使用了石墨烯，这种材料已在其他生产方法中使用。研究培训组的初级小组领导者FabianSchütt博士说：“石墨烯具有出色的电气和机械性能，也很轻。使这种新方法不同的是使用的石墨烯量。Schütt关于当前的研究。

为了实现这一目标，科学家用石墨烯薄片薄薄地覆盖了陶瓷微粒的精细框架结构。然后，他们添加了框架结构的水凝胶聚丙烯酰胺，该结构最终被蚀刻了。水凝胶中的薄石墨烯涂层不受此过程的影响。现在，整个水凝胶与石墨烯涂层的微通道条纹，类似于人造神经系统。

Helmholtz-Zentrum Geesthacht（HZG）的特殊3D图像（HZG）证明了通道系统的高电子电导率：“由于单个石墨烯管之间的多种连接，电信号始终通过材料找到它们的方式并使其使其非常可靠””HZG成像和数据科学系主任，RTG的副成员Berit Zeller-Plumhoff博士说。在高强度X射线的帮助下，数学家在储存环Petra III在Deutsche elektronensynchrotron desy的储存环Petra III上操作的成像光束线上拍摄了图像。三维网络还有另一个优点：它的可扩展性使其能够相对灵活地适应其环境。

在生物医学和软机器人中应用

“通过不同工作组之间的合作，RTG为需要跨学科方法的生物医学研究问题提供了理想的条件，” RTG的第一任发言人克里斯汀·塞尔胡伯·杰尔（Christine Selhuber-Inkel）说，现在是海德堡大学分子系统工程教授。“这是一个复杂的研究领域，因为它结合了材料科学和医学，并且很可能在未来几年内进一步发展，而国家和国际对合格专家的需求将增加 - 这就是我们想要准备我们的博士学位的方法自2020年以来，基尔大学功能性纳米材料教授和RTG发言人的继任者Rainer Adelung补充说。

将来，新导电水凝胶的各种其他应用是可能的：玛格丽特·哈克（Margarethe Hauck）计划开发一种对温度变化较小的水凝胶，并可能以受控方式释放大脑中的活性物质。克里斯汀·阿恩特（Christine Arndt）正在研究如何将导电水凝胶用作生物杂化机器人。细胞在其环境上施加的力可用于驱动微型化机器人系统。

该研究发表在纳米信s。