基尔大学 该导电水凝胶可用于植入物，该植入物能以受控方式释放医疗活性物质以治疗某些脑部疾病
信用:克里斯汀·阿尔特 由于其类似组织的机械性能，水凝胶正越来越多地用于生物医学应用；一个众所周知的例子是软性隐形眼镜
这些凝胶状聚合物由90%的水组成，具有弹性，特别具有生物相容性
水凝胶也是导电的，允许额外的应用领域，例如在体内传输电信号或作为传感器
基尔大学(CAU)研究训练组(RTG) 2154“大脑材料”的一个跨学科研究小组现已开发出一种方法来生产具有优异导电性的水凝胶
这种方法的独特之处在于水凝胶的机械性能得到了很大程度的保留
这种方法特别适合，例如，作为医疗功能植入物的材料，用于治疗某些脑部疾病
该小组的发现发表在2021年3月16日著名的杂志《纳米快报》上
“水凝胶的弹性可以适应体内各种类型的组织，甚至适应大脑组织的一致性
这就是为什么我们对这些水凝胶作为植入材料特别感兴趣，”材料科学家玛格丽特·豪克解释道，她是RTG 2154的一名博士研究员，也是这项研究的主要作者之一
因此，材料和医学科学家的跨学科合作侧重于开发用于植入物的新材料，例如用于释放活性物质以治疗脑部疾病如癫痫、肿瘤或动脉瘤的新材料
导电水凝胶可用于控制活性物质的释放，以便以更有针对性的方式局部治疗某些疾病
为了生产导电水凝胶，常规水凝胶通常与由金属或碳制成的导电纳米材料混合，例如金纳米线、石墨烯或碳纳米管
为了获得良好的导电性，通常需要高浓度的纳米材料
然而，这改变了水凝胶的原始机械性质，例如它们的弹性，因此影响了它们与周围细胞的相互作用
“细胞对环境的性质特别敏感
基尔大学材料科学研究所的博士生、该研究的主要作者克里斯汀·阿恩特解释说:“他们对周围的材料感到最舒服，因为这些材料的性质尽可能与他们体内的自然环境相一致。”
水凝胶上有超轻的导电石墨烯微通道
信用:艾琳·威克 生产方法比以前的方法需要更少的石墨烯 在各种工作组的密切合作下，研究小组现在能够开发出一种水凝胶，这种水凝胶拥有理想的组合:它不仅导电，而且保持其原有的弹性水平
对于导电性，科学家们使用了石墨烯，一种已经在其他生产方法中使用的材料
“石墨烯具有出色的电气和机械性能，而且非常轻，”博士说
法比安·休tt，研究训练小组的初级组长，从而强调了超薄材料的优点，它只由一层碳原子组成
这种新方法的不同之处在于石墨烯的使用量
“我们使用的石墨烯比以前的研究要少得多，因此，水凝胶的关键特性得以保留，”修tt谈到他发起的当前研究时说
为了实现这一目标，科学家们在陶瓷微粒的精细框架结构上薄薄地涂上了石墨烯薄片
然后他们加入了水凝胶聚丙烯酰胺，它包裹着框架结构，最后被蚀刻掉了
水凝胶中的薄石墨烯涂层不受该过程的影响
整个水凝胶现在布满了石墨烯涂层的微通道，类似于人工神经系统
亥姆霍兹-曾特鲁姆·吉斯哈特(HZG)的特殊3D图像展示了通道系统的高度导电性:“由于单个石墨烯管之间的大量连接，电信号总是会通过材料并使其极其可靠，”博士说
贝里特·泽勒-普卢霍夫，HZG大学成像和数据科学系主任，RTG的准会员
在高强度x光的帮助下，这位数学家在短时间内用成像光束线拍摄了这些图像，该光束线由位于DESY的德国电子回旋加速器的斯道拉戈环佩特拉三号的HZG操作
三维网络还有另一个优势:它的可伸展性使它能够相对灵活地适应环境
每种颜色表示一个相连的微通道:微型计算机断层扫描图像清楚地显示了各个通道是如何相互连接的，因此电信号可以多么可靠地流过整个材料
荣誉:贝里特·泽勒-普卢霍夫/ HZG 生物医学和软机器人学的进一步应用领域 “通过不同工作组之间的合作，RTG为需要跨学科方法的生物医学研究问题提供了理想的条件，”RTG大学第一发言人、现任海德堡大学分子系统工程教授克里斯汀·塞尔胡贝尔-昂克尔说
“这是一个复杂的研究领域，因为它结合了材料科学和医学，并可能在未来几年进一步发展，而国家和国际对合格专家的需求将会增加——这就是我们希望我们的博士研究人员以最好的方式做好准备，”她的继任者赖纳·阿德隆补充道，她是基尔大学的功能纳米材料教授，自2020年以来一直是RTG的发言人
在未来，这种新型导电水凝胶的各种其他应用是可能的:玛格丽特·豪克计划开发一种水凝胶，它可以对温度的微小变化做出反应，并可以以受控的方式在大脑中释放活性物质
克里斯汀·阿恩特正在研究如何将导电水凝胶用作生物混合机器人
细胞在环境中施加的力可以用来驱动微型机器人系统
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