Импланты, соединяющие технологии и тело

Поиск способов соединения человеческого тела с технологиями может найти широкое применение в сфере здравоохранения и развлечений. 

Новый «электропластик» может сделать реальностью носимые вещи с автономным питанием, нейроинтерфейсы, работающие в режиме реального времени, и медицинские имплантаты, сливающиеся с нашим телом.

Несмотря на значительный прогресс в разработке носимых и имплантируемых технологий в последние годы, большинство электронных материалов являются твердыми, жесткими и содержат токсичные металлы. Появилось множество подходов к созданию «мягкой электроники», но найти такую, которая была бы долговечной, энергоэффективной и простой в производстве – серьезная задача.

Органические ферроэлектрические материалы перспективны, поскольку они демонстрируют спонтанную поляризацию, то есть стабильное электрическое поле, направленное в определенную сторону. Эту поляризацию можно изменить, приложив внешнее электрическое поле, что позволяет им функционировать как бит в обычном компьютере.

Наиболее успешным мягким ферроэлектриком является материал под названием поливинилиденфторид (PVDF), который используется в таких коммерческих продуктах, как носимые датчики, медицинские изображения, подводные навигационные устройства и мягкие роботы. Однако электрические свойства ПВДФ могут разрушаться при воздействии высоких температур, а для изменения его поляризации требуется высокое напряжение.

В статье, опубликованной в журнале «Nature», исследователи из Северо-Западного университета показали, что сочетание материала с короткими цепочками аминокислот, называемыми пептидами, может значительно снизить потребление энергии и повысить термостойкость. А встраивание биомолекул в материал открывает перспективу прямого взаимодействия электроники с организмом.

Для создания нового «электрического пластика» команда использовала тип молекул, известный как пептидный амфифил. Эти молекулы содержат водоотталкивающий компонент, который помогает им самособираться в сложные структуры. Исследователи соединили эти пептиды с короткими нитями PVDF и подвергли их воздействию воды, в результате чего пептиды стали собираться вместе.

В результате нити превратились в длинные гибкие ленты. В ходе испытаний команда обнаружила, что материал может выдерживать температуру 110 градусов Цельсия, что примерно на 40 градусов выше, чем у предыдущих материалов из ПВДФ. Для переключения поляризации материала также требуется значительно меньшее напряжение, несмотря на то, что он на 49% состоит из пептидов по весу.

Помимо возможности хранить энергию или информацию в поляризации материала, он также является биосовместимым. Это означает, что его можно использовать в любых устройствах – от носимых приборов, контролирующих жизненно важные показатели, до гибких имплантатов, способных заменить кардиостимуляторы. Пептиды также могут быть соединены с белками внутри клеток, чтобы регистрировать биологическую активность или даже стимулировать ее.

Одна из проблем заключается в том, что, несмотря на биосовместимость PVDF, он может распадаться на так называемые «вечные химикаты», которые остаются в окружающей среде на протяжении веков и, согласно исследованиям, приводят к проблемам со здоровьем и экологией. Некоторые другие химические вещества, которые исследователи использовали для изготовления своего материала, также попадают в эту категорию.

Фрэнк Лейбфарт из UNC Chapel Hill отметил, что исследователи протестировали лишь очень малые количества молекулы, и пока неясно, насколько легко будет увеличить их масштаб. Если исследователям удастся распространить этот подход на более крупные масштабы, это может открыть множество новых захватывающих возможностей на стыке между нашими телами и технологиями.

Информация https://singularityhub.com/

Российское информационное агентство «Национальный альянс»

Подписывайтесь на официальный канал  РСИ «Первый национальный» в Telegram

Партнер — Интернет-бюро юриста Руслана Чалова Чалов.рф

Еще на эту тему:

Экспертное обсуждение вопросов диагностики и лечения редких (орфанных) заболеваний.

Важные изменения обсудили на вебинаре «Актуальные вопросы МСЭ на примере различных нозологий»

Нужны профилактические осмотры детей для раннего выявления редких заболеваний

В Санкт-Петербурге открылось первое в стране отделение геронтостоматологии

Сделайте флюорографию и будьте здоровы!

Итоги научного совета РАН: управление старением, долголетие и новые парадигмы

Медицинские технологии: искусственный интеллект для ранней диагностики рака 

Размышления о будущем медицины: Неделя здравоохранения в Гонконге

Медицинские технологии: что можно сделать для снижения риска врожденной патологии

 Пожилые люди в центре внимания на онлайн-конференции ООН «Цифровое равенство для всех возрастов» 

Две формы диабета и два индикатора нарушения обмена глюкозы

Часть I.Мобильные индикаторы здоровья: будущее за ними?