Эластичный PEG для медицины и батарей

Учёные из Университета Вирджинии представили новый тип материала, который можно печатать с помощью 3D‑принтера и который совместим с иммунной системой организма. Ожидается, что эта инновация поможет создавать более безопасные имплантируемые устройства, системы доставки лекарств нового поколения и даже усовершенствованные твёрдотельные аккумуляторы.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Advanced Materials Лабораторией мягких биоматериалов под руководством доцента Лихэня Цая. Ведущим автором публикации является доктор философии Байцян Хуан из Школы инженерии и прикладных наук Университета Вирджинии.

В работе представлена переработанная форма полиэтиленгликоля (PEG), способная формировать высокоэластичные сети. PEG уже широко используется в биомедицинской инженерии, но обычные структуры PEG, которые обычно получают путём сшивания линейных цепей в воде с последующей их дегидратацией, часто становятся жёсткими и кристаллическими, что ограничивает их способность растягиваться до разрыва.

Чтобы преодолеть жёсткость PEG, исследователи адаптировали подход, ранее разработанный в лаборатории Цая, для производства чрезвычайно прочных синтетических полимеров. Их стратегия отражает процесс изготовления эластичной резины: за счёт внедрения скрытой длины в молекулярную структуру.

Полученная архитектура «складной бутылочной щётки» состоит из стержня, окружённого множеством гибких боковых цепей. Они могут сжиматься и расширяться, как аккордеон, придавая материалу способность противостоять деформации. «Наша группа обнаружила этот полимер и использовала эту архитектуру, чтобы показать, что любые материалы, изготовленные подобным образом, обладают очень высокой растяжимостью», - сказал Цай.

Хуан применил этот молекулярный дизайн к PEG, кратковременно подвергая раствор‑предшественник воздействию ультрафиолетового света, инициируя полимеризацию в сеть, напоминающую бутылочную щётку. Этот процесс позволил создать пригодные для 3D‑печати гидрогели PEG и безрастворные эластомеры с высокой растяжимостью.

«Мы можем изменять форму ультрафиолетового излучения, чтобы создавать множество сложных структур», - сказал Хуан. Такая возможность настройки позволяет создавать как более мягкие, так и более жёсткие конструкции, сохраняющие эластичность, открывая путь к будущим искусственным тканям и прецизионным устройствам для доставки лекарств. Тесты на клеточных культурах также показали, что материал не наносит вреда соседним клеткам, что является обнадёживающим признаком для использования внутри организма.

Команда исследователей предлагает комбинировать PEG с другими компонентами для получения печатных материалов с индивидуальными химическими профилями. «Это свойство подчёркивает новый материал как перспективный высокоэффективный твёрдотельный электролит для передовых технологий аккумуляторов», - сказал Цай. «Наша команда продолжает исследовать возможности расширения работ в области технологий твёрдотельных аккумуляторов».