電子植入物被歸類為一組可植入的醫(yī)療設備，用于治療或監(jiān)測各種健康狀況。它們包括心臟調節(jié)器和人工耳蝸等助聽器設備，還有其他先進技術和可輔助的治療方法。

然而，目前的電子植入技術通常由金屬制成，可能存在笨重、堅硬的問題，這可能導致不適感和引起他人的注意。此外，隨著時間的推移，金屬會加重組織，導致疤痕和炎癥，進而降低植入物的性能。

因此，開發(fā)新材料和新工藝來制造對用戶更加舒適和安全的植入式設備已成為該領域的當務之急。最近，麻省理工學院的研究人員開發(fā)出一種新型的果凍狀導電聚合物水凝膠，可用于替代植入式醫(yī)療設備中的金屬材料。

“我們相信，我們首次擁有了一種堅韌、堅固且類似果凍的電極，它有可能取代金屬，用于刺激神經(jīng)并與心臟、大腦和身體的其他器官進行連接?！甭槭±砉W院機械工程與土木與環(huán)境工程趙選賀教授表示。

高性能果凍電導率

金屬一直是植入式設備的傳統(tǒng)首選材料，因為它們具有導電性，并且需要傳輸電信號以支持重要器官（例如心臟）或提供有關患者健康狀況的準確信息。

然而，最新研發(fā)的果凍狀聚合物水凝膠具備高性能導電特性，并已證明在堅固和柔軟方面與生物組織相媲美。此外，在他們發(fā)表在《自然材料》雜志上的研究中，該團隊聲稱這種材料可以制成可印刷油墨，用于3D打印技術，同時保持其關鍵特性。

“這種材料像金屬電極一樣工作，但它是由與我們的身體相似的凝膠制成的，并且具有相似的含水量……它就像人造組織或神經(jīng)?！贬t(yī)療設備初創(chuàng)公司SanaHeal的創(chuàng)始人Hyunwoo Yuk博士表示。

推進導電聚合物

在1970年代，一系列導電聚合物進行了測試，并最終因其材料具有高導電性而使得Alan Heeger、Alan MacDiarmid和Hideki Shirakawa獲得了2000年的諾貝爾化學獎。

在麻省理工學院，研究人員開始建立這些基礎，并通過研究導電聚合物材料在植入式醫(yī)療設備中的適用性來推動其發(fā)展。

最初，作為制造靈活耐用的導電聚合物水凝膠的一部分，該團隊遇到了一些障礙。例如，他們的聚合物和水凝膠材料的組合既具有生物相容性，但只能傳輸微弱信號的特點。

“在凝膠材料中，電性能和機械性能總是相互對抗……如果提高凝膠的電性能，就必須犧牲機械性能，反之亦然。但實際上，我們兩者都需要。”Hyunwoo Yuk博士補充說。

然而，該團隊發(fā)現(xiàn)他們可以通過創(chuàng)建新的聚合物/水凝膠配方來改善所需的電氣和機械性能。該團隊確保在稱為相分離的狀態(tài)下混合成分，這意味著這兩種材料相互排斥。

導電細面條狀絞線

當處于相分離狀態(tài)時，各個成分能夠連接它們各自的聚合物以產(chǎn)生細長的、微細的意大利面條狀的股線，作為一個完整的材料聚集在一起。

“電意大利面條是導電聚合物，由于它是連續(xù)的，所以現(xiàn)在可以在材料上傳輸電力。而機械面條就是水凝膠，它可以傳遞機械力，而且堅韌有彈性，因為它也是連續(xù)的?！壁w選賀教授補充說。

這使得材料具有類似果凍的狀態(tài)，這意味著現(xiàn)在可以對其進行修改以用于3D打印機，從而使團隊能夠為各種電子植入物設計和打印復雜的幾何形狀。

研究人員在大鼠的心臟和感覺系統(tǒng)上進行打印測試，發(fā)現(xiàn)這些設備在將電脈沖傳遞到心臟并刺激感覺系統(tǒng)的脊髓和神經(jīng)中的運動反應的兩個多月內保持穩(wěn)定的功能。

接下來的步驟包括改進功能，以便植入式設備可以根據(jù)實際應用的要求持續(xù)使用很長時間。該團隊希望用生物相容性更強、對患者使用更安全的材料取代金屬、玻璃和陶瓷等傳統(tǒng)材料。

電子植入物被歸類為一組可植入的醫(yī)療設備，用于治療或監(jiān)測各種健康狀況。它們包括心臟調節(jié)器和人工耳蝸等助聽器設備，還有其他先進技術和可輔助的治療方法。

然而，目前的電子植入技術通常由金屬制成，可能存在笨重、堅硬的問題，這可能導致不適感和引起他人的注意。此外，隨著時間的推移，金屬會加重組織，導致疤痕和炎癥，進而降低植入物的性能。

因此，開發(fā)新材料和新工藝來制造對用戶更加舒適和安全的植入式設備已成為該領域的當務之急。最近，麻省理工學院的研究人員開發(fā)出一種新型的果凍狀導電聚合物水凝膠，可用于替代植入式醫(yī)療設備中的金屬材料。

“我們相信，我們首次擁有了一種堅韌、堅固且類似果凍的電極，它有可能取代金屬，用于刺激神經(jīng)并與心臟、大腦和身體的其他器官進行連接?！甭槭±砉W院機械工程與土木與環(huán)境工程趙選賀教授表示。

高性能果凍電導率

金屬一直是植入式設備的傳統(tǒng)首選材料，因為它們具有導電性，并且需要傳輸電信號以支持重要器官（例如心臟）或提供有關患者健康狀況的準確信息。

然而，最新研發(fā)的果凍狀聚合物水凝膠具備高性能導電特性，并已證明在堅固和柔軟方面與生物組織相媲美。此外，在他們發(fā)表在《自然材料》雜志上的研究中，該團隊聲稱這種材料可以制成可印刷油墨，用于3D打印技術，同時保持其關鍵特性。

“這種材料像金屬電極一樣工作，但它是由與我們的身體相似的凝膠制成的，并且具有相似的含水量……它就像人造組織或神經(jīng)?！贬t(yī)療設備初創(chuàng)公司SanaHeal的創(chuàng)始人Hyunwoo Yuk博士表示。

推進導電聚合物

在1970年代，一系列導電聚合物進行了測試，并最終因其材料具有高導電性而使得Alan Heeger、Alan MacDiarmid和Hideki Shirakawa獲得了2000年的諾貝爾化學獎。

在麻省理工學院，研究人員開始建立這些基礎，并通過研究導電聚合物材料在植入式醫(yī)療設備中的適用性來推動其發(fā)展。

最初，作為制造靈活耐用的導電聚合物水凝膠的一部分，該團隊遇到了一些障礙。例如，他們的聚合物和水凝膠材料的組合既具有生物相容性，但只能傳輸微弱信號的特點。

“在凝膠材料中，電性能和機械性能總是相互對抗……如果提高凝膠的電性能，就必須犧牲機械性能，反之亦然。但實際上，我們兩者都需要。”Hyunwoo Yuk博士補充說。

然而，該團隊發(fā)現(xiàn)他們可以通過創(chuàng)建新的聚合物/水凝膠配方來改善所需的電氣和機械性能。該團隊確保在稱為相分離的狀態(tài)下混合成分，這意味著這兩種材料相互排斥。

導電細面條狀絞線

當處于相分離狀態(tài)時，各個成分能夠連接它們各自的聚合物以產(chǎn)生細長的、微細的意大利面條狀的股線，作為一個完整的材料聚集在一起。

“電意大利面條是導電聚合物，由于它是連續(xù)的，所以現(xiàn)在可以在材料上傳輸電力。而機械面條就是水凝膠，它可以傳遞機械力，而且堅韌有彈性，因為它也是連續(xù)的?！壁w選賀教授補充說。

這使得材料具有類似果凍的狀態(tài)，這意味著現(xiàn)在可以對其進行修改以用于3D打印機，從而使團隊能夠為各種電子植入物設計和打印復雜的幾何形狀。

研究人員在大鼠的心臟和感覺系統(tǒng)上進行打印測試，發(fā)現(xiàn)這些設備在將電脈沖傳遞到心臟并刺激感覺系統(tǒng)的脊髓和神經(jīng)中的運動反應的兩個多月內保持穩(wěn)定的功能。

接下來的步驟包括改進功能，以便植入式設備可以根據(jù)實際應用的要求持續(xù)使用很長時間。該團隊希望用生物相容性更強、對患者使用更安全的材料取代金屬、玻璃和陶瓷等傳統(tǒng)材料。