Znanstvenici su razvili inovativne, rastezljive 'želatinske baterije' koje imaju potencijal primjene u nosivim uređajima, mekoj robotici, pa čak i kao moždani implantati za isporuku lijekova ili liječenje bolesti poput epilepsije.

Istraživači sa Sveučilišta Cambridge pronašli su inspiraciju u električnim jeguljama koje omamljuju plijen pomoću elektrocita, specijaliziranih mišićnih stanica.

Želatinozni materijali koje su razvili istraživači iz Cambridgea imaju slojevitu strukturu nalik slojevitim Lego kockama, omogućujući prijenos električne struje.

Ove samoljepljive želatinske baterije mogu se rastegnuti više od deset puta od svoje izvorne duljine bez gubitka vodljivosti, što je prvi put da su ove dvije karakteristike kombinirane u jednom materijalu. Rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu Science Advances.

Želatinske baterije su izrađene od hidrogela, trodimenzionalne mreže polimera koja sadrži više od 60% vode. Polimeri su povezani reverzibilnim vezama koje kontroliraju mehanička svojstva želatine.

Sposobnost preciznog kontrole mehaničkih svojstava i imitacije karakteristika ljudskog tkiva čini hidrogele idealnim kandidatima za primjenu u mekoj robotici i bioelektronici; međutim, za takve primjene, materijali moraju biti i vodljivi i rastezljivi.

"Teško je dizajnirati materijal koji je istovremeno vrlo rastezljiv i visoko vodljiv, jer su te dvije osobine obično u suprotnosti jedna s drugom," rekao je Stephen O'Neill, glavni autor studije i član Yusuf Hamied Odjela za kemiju na Cambridgeu. "Obično vodljivost opada kada se materijal rastegne."

"Uobičajeno, hidrogeli su izrađeni od polimera s neutralnim nabojem, ali ako ih napunimo, mogu postati vodljivi," rekla je dr. Jade McCune, koautorica studije iz Odjela za kemiju. "Promjenom sastava soli u svakom gelu, možemo ih učiniti ljepljivima i složiti ih u više slojeva, čime povećavamo energetski potencijal."

Konvencionalna elektronika koristi krute metalne materijale s elektronima kao nositeljima naboja, dok želatinske baterije koriste ione za prijenos naboja, slično kao i električne jegulje.

Hidrogeli se čvrsto vežu jedni za druge zahvaljujući reverzibilnim vezama koje se mogu formirati između različitih slojeva, koristeći molekule u obliku bačvi zvane cucurbiturili, koje djeluju poput molekularnih lisica. Čvrsta adhezija između slojeva omogućena molekularnim lisicama omogućuje rastezljivost želatinskih baterija bez gubitka vodljivosti.

Svojstva želatinskih baterija čine ih obećavajućim za buduću upotrebu u biomedicinskim implantatima, jer su mekani i prilagođavaju se ljudskom tkivu. "Možemo prilagoditi mehanička svojstva hidrogela tako da odgovaraju ljudskom tkivu," rekao je profesor Oren Scherman, direktor Melville Laboratorija za sintezu polimera, koji je vodio istraživanje u suradnji s profesorom Georgeom Malliarasom iz Odjela za inženjerstvo. "Budući da ne sadrže krute komponente poput metala, hidrogelni implantat bi bio manje podložan odbacivanju od strane tijela ili stvaranju ožiljnog tkiva."

Uz svoju mekoću, hidrogeli su iznenađujuće izdržljivi. Mogu izdržati pritisak bez trajnog gubitka originalnog oblika i samostalno se regenerirati kada su oštećeni.

Istraživači planiraju buduće eksperimente kako bi testirali hidrogele u živim organizmima i procijenili njihovu prikladnost za razne medicinske primjene.

Istraživanje je financirano od strane Europskog istraživačkog vijeća i Vijeća za inženjering i fizičke znanosti (EPSRC), koje je dio UKRI-a. Oren Scherman je član Jesus Collegea u Cambridgeu.

Izvor: University of Cambridge