Еластичний PEG для медицини й батарей

Вчені з Університету Вірджинії представили новий вид матеріалу, який можна друкувати за допомогою 3D-принтера, сумісного з імунною системою організму. Очікується, що ця інновація сприятиме створенню безпечніших імплантованих пристроїв, систем доставки ліків наступного покоління та навіть удосконалених твердотільних акумуляторів.

Результати дослідження були опубліковані в журналі «Advanced Materials» Лабораторією м’якої біоматерії, яку очолює доцент Ліхен Цай. Провідним автором публікації є доктор філософії Байцян Хуан зі Школи інженерії та прикладних наук Університету Вірджинії.

У дослідженні представлено перероблену форму поліетиленгліколю (PEG), яка може утворювати високоеластичні мережі. PEG вже поширений у біомедичній інженерії, але звичайні структури PEG, які зазвичай виготовляються шляхом зшивання лінійних ланцюгів у воді з подальшим їх дегідратацією, часто стають жорсткими та кристалічними, що обмежує їхню здатність розтягуватися до розриву.

Щоб подолати жорсткість PEG, дослідники адаптували підхід, раніше розроблений у лабораторії Цая, для виробництва надзвичайно міцних синтетичних полімерів. Їхня стратегія відображає те, як виготовляється пружна гума: шляхом вбудовування прихованої довжини в молекулярну структуру.

Отримана архітектура «складаної щітки для пляшок» складається з основи, оточеної багатьма гнучкими бічними ланцюгами. Вони можуть стискатися та розширюватися, як акордеон, надаючи матеріалу здатність протистояти деформації. «Наша група виявила цей полімер і використала цю архітектуру, щоб показати, що будь-які матеріали, виготовлені таким чином, дуже розтяжні», - сказав Цай.

Хуан застосував цей молекулярний дизайн до PEG, короткочасно піддаючи розчин-попередник впливу ультрафіолетового світла, ініціюючи полімеризацію в мережу, схожу на пляшкоподібну щітку. Цей процес дозволив створити гідрогелі PEG, придатні для 3D-друку, та еластомери без розчинників з високою розтяжністю.

«Ми можемо змінювати форму ультрафіолетового випромінювання, щоб створювати безліч складних структур», - сказав Хуан. Така можливість налаштування дозволяє створювати як м’якші, так і жорсткіші конструкції, які зберігають еластичність, відкриваючи можливості для майбутніх штучних тканин і прецизійних пристроїв для доставки ліків. Тести на клітинних культурах також показали, що матеріал не шкодить сусіднім клітинам, що є обнадійливим знаком для будь-якого використання всередині організму.

Команда дослідників пропонує комбінувати PEG з іншими компонентами для отримання друкованих матеріалів з індивідуальними хімічними профілями. «Ця властивість підкреслює новий матеріал як перспективний високоефективний твердотільний електроліт для передових технологій акумуляторів», - сказав Цай. «Наша команда продовжує досліджувати потенційні можливості розширення досліджень у сфері технологій твердотільних акумуляторів».