3D打印無金屬柔性膠狀電極問世

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研究人員開發了一種不含金屬的果凍狀材料，它像生物組織一樣柔軟而堅韌，并且可以像傳統金屬一樣導電。圖片來源：美國麻省理工學院

科技日報記者?張佳欣

據最新一期《自然·材料》雜志報道，美國麻省理工學院領導的國際團隊開發出一種不含金屬的、類似果凍的材料，它像生物組織一樣柔軟和堅韌，同時可像傳統金屬一樣導電。這種材料可制成打印墨水，有朝一日或成為功能性凝膠基電極，且具有生物組織的外觀和手感。

研究人員表示，膠狀電極有可能取代金屬來刺激神經，并與心臟、大腦和身體其他器官連接。

研究人員希望導電聚合物和水凝膠的結合將產生一種靈活的、生物相容的和導電的凝膠。但到目前為止制造的材料要么太脆弱，要么電氣性能很差。為了分別保持導電聚合物和水凝膠的電氣和機械強度，這兩種成分應該以一種略有排斥的方式混合，這種狀態被稱為相分離。在這種略微分離的狀態下，每種成分都可將各自的聚合物連接起來，形成細長的微觀鏈，同時也可以作為一個整體混合。

研究人員將其稱為具有電氣和機械性能的“意大利面”。其中“電氣意大利面”是一種導電聚合物，可通過材料傳遞電流；而“機械意大利面”就是水凝膠，可傳遞機械力，而且由于它也是連續的，所以很堅韌有彈性。

研究人員調整了配方，將“意大利面”煮成墨水，通過3D打印機輸入，并打印到純水凝膠薄膜上，圖案類似于傳統的金屬電極。

研究人員將打印的果凍狀電極植入大鼠的心臟、坐骨神經和脊髓。在動物身上測試了長達兩個月后這些設備始終保持穩定，幾乎沒有導致周圍組織產生炎癥或疤痕。電極還能夠將來自心臟的電脈沖傳遞給外部監測器，并將微小脈沖傳遞到坐骨神經和脊髓，進而刺激相關肌肉和四肢的運動。

研究人員設想，未來這種新材料能應用于心臟手術患者的恢復，可用作器官和長期植入物（包括起搏器和深部腦刺激器）之間的軟電子接口。

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