Forskare från Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) och Massachusetts Institute of Technology (MIT) har föreslagit en ny metod för tillverkning av mycket transparenta, elektriskt ledande, töjbara sega hydrogeler modifierade av enkelväggiga kolnanorör (SWCNT). Resultaten av studien har publicerats i ACS tillämpade material och gränssnitt .

Hydrogels är nya mjuka material med tillämpningar inom en rad moderna tekniker, inklusive vävnadsteknik, drogleverans, biomedicinska apparater, töjbar/biointegrerad elektronik och mjuk robotik. Vidare, hydrogeler som har liknande fysiologiska och mekaniska egenskaper som mänsklig hud är idealiska material för effektiv biointegration av sådana elektroniska enheter. Elektriskt ledande hydrogeler (ECH) lockar stort intresse inom biomaterialvetenskapen på grund av deras unika egenskaper. Dock, det effektiva införlivandet av ledande material i hydrogelernas matriser för förbättrad konduktivitet är fortfarande en stor utmaning.

SWCNT är en unik familj av material som uppvisar exceptionell termisk, elektroniska och mekaniska egenskaper, och har därför använts som nanofyllmedel av nanokomposithydrogeler.

I denna forskning, forskarna använde en enstegsteknik för att underlätta torr överföring av SWCNT på hydrogeler, därigenom undviker problem i samband med SWCNT-agglomerering och avlägsnande av ytaktiva ämnen, samtidigt som det förenklar hela tillverkningsprocessen.

Forskarna visade två sätt att tillverka SWCNT/hydrogelstrukturer. Det första tillvägagångssättet är baserat på en enkel överföring av SWCNT från ett filter till den färdiga hydrogelytan, medan den andra är baserad på försträckning av hydrogeln innan SWCNT-filmen deponeras. Baserat på den utförda karaktäriseringen, det första tillvägagångssättet kan användas för användning av SWCNT/hydrogelstruktur som töjningskänsligt material; teamet observerade stabilt beteende under 5, 000 sträcknings-/släppcykler.

Det andra tillvägagångssättet övervinner låg konduktivitet vid höga töjningar och säkerställer hög transparens. Dessutom, den kan användas för applikationer, där elektrodernas stabila prestanda under sträckning behövs utan att de elektriska egenskaperna förändras. "I det här arbetet, vi rapporterar nya transparenta, töjbar, ledande och biokompatibla hydrogeler modifierade av SWCNT-filmer för att skapa passiva elektroder och aktiva sensorer för bärbar och hudliknande elektronik. Vi introducerar här ett ettsteg, universell och tillämpbar metod för tillverkning av SWCNT/hydrogelstruktur, tål egensträckning med upp till 100 procent belastning. Vår metod för SWCNT-filmmönstring gör det möjligt att skapa elektroniska kretsar med stora ytor, liksom en mängd olika bärbara enheter, inklusive elektroniska skinn, " sa Skoltech doktorand Evgenia Gilshteyn, tidningens första författare.

"Med den föreslagna metoden, vi skapade mekaniskt robusta, mycket töjbar, biokompatibel, ledande och transparenta SWCNT/hydrogelstrukturer och demonstrera deras tillämpningar som fingermonterade gemensamma rörelsesensorer och elektrokardiografiska elektroder. Fördelarna med de föreslagna strukturerna när det gäller konduktivitet, töjbarhet, transparens och tillämpbarhet för att skapa elektroniska kretsar är uppenbara och diskuteras i vårt forskningsdokument, "sade Skoltech -professor Albert Nasibulin.