Российские ученые предложили два новых метода изготовления высокопрозрачных, электропроводящих, растягиваемых гидрогелей, которые модифицированы пленками однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ). Эти материалы можно использовать, например, в носимой электронике. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Materials & Interfaces.

Гидрогель — это мягкий и биосовместимый материал, его используют в таких современных технологиях, как тканевая инженерия, системы доставки лекарств, биомедицина, эластичная электроника, а также биоробототехника. Физиологические и механические свойства гидрогелей идентичны человеческой коже, поэтому данный материал подходит для биоинтеграции электронных устройств. Однако интеграция проводящих электрический ток включений в матрицу гидрогеля все еще остается для ученых большой проблемой.

ОУНТ — уникальный наноматериал, который представляет собой пленку из углеродных нанотрубок со специфическими тепловыми, электронными и механическими свойствами. Исследователи продемонстрировали два способа изготовления структур ОУНТ/гидрогель. Первый основан на сухом переносе ОУНТ с фильтра на подготовленную поверхность гидрогеля. Оказалось, что этот подход можно использовать для создания из структур ОУНТ/гидрогель материала, чувствительного к деформации. Ученые наблюдали, как сопротивление повторно изменялось в течение 5000 циклов растяжения/сжатия.

Для второго подхода гидрогель нужно предварительно — до того как на него «сядет» пленка ОУНТ — растянуть. Полученные таким образом структуры позволяют преодолеть низкую проводимость при высоких деформациях и одновременно обеспечивают высокую прозрачность. Кроме того, этот метод можно использовать, когда требуется стабильная работа электродов во время растяжения без изменения электрических свойств.

Простейшая схема из ОУНТ/гидрогеля, прикрепленная к коже в расслабленном состоянии и растянутая до 50%. Пресс-служба Сколтеха

«Используя предлагаемый подход, мы реализуем механически прочные, эластичные, биосовместимые, проводящие и прозрачные структуры ОУНТ/гидрогель и демонстрируем их применение в качестве датчиков изгиба суставов и электрокардиографических электродов. Преимущества предлагаемых структур с точки зрения проводимости, эластичности, прозрачности и применимости для создания электронных схем очевидны и обсуждаются в нашей исследовательской работе», — говорит один из авторов, профессор Сколковского института науки и технологий Альберт Насибулин.