Wetenschappers van het Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) en het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben een nieuwe methode voorgesteld voor de fabricage van zeer transparante, elektrisch geleidend, rekbare taaie hydrogels gemodificeerd door enkelwandige koolstofnanobuisjes (SWCNT's). De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in ACS toegepaste materialen en interfaces .

Hydrogels zijn nieuwe zachte materialen met toepassingen in een reeks moderne technologieën, waaronder tissue engineering, medicijnafgifte, biomedische apparaten, rekbare/bio-geïntegreerde elektronica en zachte robotica. Verder, hydrogels die vergelijkbare fysiologische en mechanische eigenschappen hebben als de menselijke huid, zijn ideale materialen voor effectieve bio-integratie van dergelijke elektronische apparaten. Elektrisch geleidende hydrogels (ECH's) trekken veel belangstelling op het gebied van biomateriaalwetenschap vanwege hun unieke eigenschappen. Echter, de effectieve opname van geleidende materialen in de matrices van hydrogels voor verbeterde geleidbaarheid blijft een grote uitdaging.

SWCNT's zijn een unieke familie van materialen die uitzonderlijke thermische, elektronische en mechanische eigenschappen, en zijn daarom gebruikt als nanovulstoffen van nanocomposiethydrogels.

In dit onderzoek, de wetenschappers gebruikten een eenstapstechniek om de droge overdracht van SWCNT's op hydrogels te vergemakkelijken, waardoor problemen in verband met SWCNT-agglomeratie en de verwijdering van oppervlakteactieve stoffen worden vermeden, terwijl ook het hele fabricageproces wordt vereenvoudigd.

De onderzoekers demonstreerden twee manieren om SWCNT/hydrogel-structuren te fabriceren. De eerste benadering is gebaseerd op een eenvoudige overdracht van de SWCNT's van een filter naar het voorbereide hydrogeloppervlak, terwijl de tweede is gebaseerd op het voorrekken van de hydrogel voordat de SWCNT-film wordt afgezet. Op basis van de uitgevoerde karakterisering, de eerste benadering kan worden gebruikt voor het gebruik van SWCNT/hydrogel-structuur als spanningsgevoelig materiaal; het team observeerde stabiel gedrag gedurende 5, 000 uitrekken/loslaten cycli.

De tweede benadering overwint een lage geleidbaarheid bij hoge spanningen en zorgt voor een hoge transparantie. Bovendien, het kan worden gebruikt voor toepassingen, waar de stabiele prestatie van de elektroden tijdens het strekken nodig is zonder de elektrische eigenschappen te veranderen. "In dit werk, we rapporteren nieuw transparant, rekbaar, geleidende en biocompatibele hydrogels gemodificeerd door SWCNT-films om passieve elektroden en actieve sensoren te creëren voor draagbare en huidachtige elektronica. We introduceren hier een eenstaps, universele en toepasbare methode voor fabricage van SWCNT/hydrogel-structuren, in staat om intrinsieke rek tot 100 procent te weerstaan. Onze methode van SWCNT-filmpatronen maakt het mogelijk om elektronische circuits met een groot oppervlak te creëren, evenals een verscheidenheid aan draagbare apparaten, inclusief elektronische skins, " zei Skoltech PhD-student Evgenia Gilshteyn, de eerste auteur van het artikel.

"Met behulp van de voorgestelde aanpak, we hebben mechanisch robuust gemaakt, zeer rekbaar, biocompatibel, geleidende en transparante SWCNT/hydrogel-structuren en demonstreren hun toepassingen als vingergemonteerde gewrichtsbewegingssensoren en elektrocardiografische elektroden. De voordelen van de voorgestelde structuren in termen van geleidbaarheid, rekbaarheid, transparantie en toepasbaarheid voor het maken van elektronische circuits zijn duidelijk en worden besproken in ons onderzoekspaper, " zei Skoltech-professor Albert Nasibulin.