Канадские ученые из Университета Британской Колумбии показали, что ионная кожа может передавать электрические импульсы в ответ на внешние стимулы. Этот материал может быть использован в медицине, а также для изготовления протезов. Исследование опубликовано в журнале Science.
В настоящее время ученые занимаются созданием «умной» кожи — материала, который обладает той же чувствительностью, что настоящая кожа. Ионная кожа — одна из наиболее перспективных разработок в этой области. Ее изготавливают из гибких биосовместимых гидрогелей, в которых ионы переносят электрический заряд. В отличие от «умной» кожи из пластика или металла гидрогель придает ионной коже мягкость. Благодаря этому с ее помощью ученые могут сделать протезы реалистичнее и удобнее.
Исследователи изучили, как ионная кожа передает электрические импульсы. Уже было известно, что ионная кожа генерирует напряжение и ток в ответ на внешние стимулы, такие как прикосновение или давление. Это называется пьезоионным эффектом. В эксперименте ученые разработали гидрогелевые сенсоры, содержащие соли с положительно и отрицательно заряженными ионами разных размеров. С помощью магнитного поля авторы работы отслеживали движение ионов при давлении на сенсор. Оказалось, что они начинают двигаться с разной скоростью, создавая электрический сигнал. Положительно заряженные ионы обычно меньше по размерам, поэтому и двигаются быстрее отрицательно заряженных. Из-за этого ионы распределяются неравномерно, создается электрическое поле, благодаря которому и работают пьезоионные сенсоры. Ученые сделали вывод о том, что работа гидрогелевых сенсоров похожа на то, как человек реагирует на давление. Клетки похожим образом обмениваются электрическими сигналами.
Исследователи отметили, что очевидным применением ионной кожи является разработка сенсоров, которые напрямую взаимодействуют с клетками и нервной системой. Если такой сенсор подключен к нерву, то он может передавать ему сигнал, а нерв, в свою очередь, может способствовать сокращению мышц. Это важно для создания протезов. Например, можно покрыть ионной кожей бионическую руку. Тогда кожа будет чувствовать объект, сигнал будет передаваться в мозг, а мозг может принять решение о том, чтобы поднять или передвинуть объект.
Также мягкие автономные гидрогелевые сенсоры могут найти применение и в медицине. Они могут отслеживать показатели здоровья пациента. Подобные сенсоры могут быть включены в импланты, искусственные суставы. Пьезоионный гель также может содержать лекарственные молекулы и выпускать их в зависимости от того, какое давление ощущает вокруг себя.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
