彈力，自我修復的“果凍電池”可以徹底改變醫療植入物

英國劍橋 - 下一代的醫療設備不僅與人體互動，它們會隨著它而動。劍橋大學的研究人員創建了巨大的“果凍電池”，這些電池可以伸展，進行電力甚至治愈自己，從而改變了從腦部植入物到可穿戴健康監測器的所有事物。

與依賴剛性金屬組件和電線的傳統電子產品不同，這些新材料主要是水性的，並且可以延伸到原始長度的15倍以上，而不會失去電力的能力。突破，發表在科學進步，克服了材料科學中的基本挑戰。

“很難設計一種既具有高度可拉伸又高度導電的材料，因為這兩個屬性通常相互矛盾，”劍橋大學的尤蘇夫·哈米德化學系的主要作者斯蒂芬·奧尼爾（Stephen O' Neill）在一份聲明中解釋說。 “通常，當材料拉伸時，電導率會降低。”

劍橋大學的一個研究團隊通過創建特別的水凝膠，是由的聚合物含有60％以上的水。這些水凝膠使用與我們自己的身體相同的原理來傳導電力，通過離子而不是傳統電子等電子進行電荷。

“通常情況下，由聚合物製成中性的聚合物，但如果我們起訴它們，它們可能會成為導電。”合著者Jade McCune博士說。 “通過更改每種凝膠的鹽分，我們可以使它們發粘，並將它們擠在一起多層，以便我們建立更大的能量潛力。”

這些材料的非凡特性的秘訣在於。研究人員使用特殊的桶形分子開發了一個系統黃瓜，就像分子手銬一樣，將材料的不同層結合在一起。這些紐帶可以反复打破和改革，從而使材料在損壞時可以伸展，壓縮甚至自治。

這特別令人印象深刻。切割材料時，它可以在幾分鐘內修復自身。測試表明，僅僅兩個小時的癒合時間，材料恢復了其原始可拉伸性的90％。該團隊通過將樣品切成兩半並將其融合在一起，證明了這一點，並在顯微鏡下使用熒光染料跟踪癒合過程。

從中汲取靈感，使用稱為的特殊細胞震驚了他們電細胞，研究人員創建了一個柔軟，可拉伸電源的工作原型。通過將不同類型的導電凝膠分成層中，它們構建了一種通過離子濃度梯度發電的設備，類似於電力鰻的產生衝擊。

該設備生產約115-125媒體（大約是AA電池電壓的十分之一），通過將兩個單元連接起來，它們可以將其加倍至248毫米。最重要的是，即使伸展高達50％，它也保持穩定的性能，這大約相同可以伸展。以前在類似設備的嘗試只需10％的時間。

“我們可以自定義水凝膠的機械性能，以便它們匹配，” Scherman教授解釋說。 “由於它們不包含金屬等剛性成分，因此水凝膠植入物不會被人體拒絕或引起疤痕組織的堆積。”

除了醫療應用之外，這些材料還可以革新軟軟，旨在與人類安全互動或處理精緻物體的機器。靈活性，電導率和耐用性的結合可以使機器人更自然地移動並更好地適應其環境。

這些材料在其他方面也非常有彈性。它們可以被壓縮超過90％而不會永久失去形狀，並且在30秒內反彈，儘管有些變化顯示出較小的延誤，這是完全恢復的。這種耐用性水平以及它們的自我修復特性，表明它們可以比傳統的持續時間更長在許多應用中。

這項發明是創造適應人類而不是迫使人類適應電子產品的電子產品邁出的重要一步。隨著測試的繼續，他們可以從根本上改變我們對所有事物的方法到可穿戴設備。