Хіміки з Китаю і США отримали еластичний біосумісний матеріал. Він володіє видатною здатністю розтягуватися завдяки ротаксановим фрагментам у структурі. Крім того, полімер вийшов біосумісним, і хіміки застосували його в електроміографії м'язів восьминога і щура. Дослідження опубліковано в.
Щоб електропровідний полімер можна було використовувати в біоелектронних пристроях, він повинен бути еластичним. Через рухливість тканин і частин тіла у живих організмів, біоелектроніка на основі полімерів, нездатних розтягуватися і приймати вихідну форму, легко виходить з ладу. Крім того, біосумісні полімери повинні володіти іонною провідністю, щоб реєструвати нервові імпульси.
Хіміки під керівництвом Цзян Юаньвеня (Jiang Yuanwen) зі Стенфордського університету вирішили спробувати поліпшити вже відомий біосумісний полімер на основі полістиролу та етилендіокситіофену (PEDOT:PSS ). Вони припустили, що якщо пов'язати його з іншим полімером, що містить ротаксанові фрагменти, механічні характеристики нового матеріалу покращаться. Ротаксани - це сполуки, в яких циклічна молекула одягнена на іншу молекулу, як кільце на палець. На думку авторів статті, такі структури мають підвищену конформаційну рухливість, і за рахунок цього можуть збільшити еластичність матеріалу.
Хіміки почали з синтезу поліротаксанового полімеру з поліетиленгліколю. За чотири стадії в полімерну структуру вдалося додати ротаксанові фрагменти для поліпшення механічних властивостей, пов'язані з карбонільною групою подвійні зв'язки для вдалої зшивки з полімерною основою, а також окремі поліетиленгліколеві ланцюги для кращої водорозчинності.
Потім вчені провели зшивку їх полімеру з комерційно доступним PEDOT:PSS і досліджували механічні властивості отриманого матеріалу. Виявилося, що він набагато більш еластичний, ніж вихідний PEDOT:PSS і здатний розтягуватися на 150 відсотків без освіти тріщин. Крім того, навіть після занурення матеріалу у воду, він зберігав свої механічні властивості (це важливо для сумісності з фізіологічним середовищем). Також виявилося, що при обробці водою частина слабо пов'язаних полістирольних ланцюгів вимивається з полімеру, і це призводить до збільшення провідності матеріалу.
Коли у хіміків був готовий полімерний матеріал з нанесеними на нього електродами, вони вирішили застосувати його в електроміографії. Спочатку вчені прикріпили їх біоелектронний пристрій на щупальці восьминога, а потім реєстрували його м'язову активність у відповідь на подані електричні імпульси. Так, за допомогою свого матеріалу хіміки змогли простежити за активністю щупалець восьминога з хорошим ставленням сигналу до шуму (контрольний експеримент без добавки поліротаксанового полімеру не дав хороших результатів).
Також вчені прикріпили їх пристрій до стовбура мозку щура. І коли різні м'язові групи щури стимулювали, хімікам вдавалося детектувати сигнали від окремих груп м'язів. Після експерименту вчені виявили, що незважаючи на електричну стимуляцію, тканини стовбура мозку не пошкодилися. Це підтвердило високу біосумісність полімерного матеріалу.
У результаті хімікам вдалося отримати біосумісний і еластичний полімер, здатний витримати 500 циклів розтягнення. При цьому провідність отриманого матеріалу після вимивання полістирольних ланцюгів склала 2700 сименсів на сантиметр. Також вченим вдалося застосувати цей матеріал для моніторингу м'язової активності тварин.
Раніше ми розповідали про те, як вчені зібрали годинники, здатні проводити клінічні дослідження за допомогою біоелектроніки.