الکترودهای ژلی جهت استفاده در سیستم ها زیست پزشکی

شیمیدان‌های ژاپنی الکترودهای منعطف، آلی و مرطوبی طراحی کرده‌اند که شامل پلیمرهای رسانای قرار گرفته روی هیدروژل می‌باشد. این الکترود‌های زیست سازگار می‌توانند تحت شرایط مرطوب تا یک ماه کار کنند. این ویژگی در تحقیقات پزشکی بسیار مفید خواهد بود. تولید الکترودهای ارزان و مفید در سیستم‌های بیولوژیکی لازمه طراحی دستگاه‌های قابل کاشت در بدن یا مونیتورهایی برای مشاهده فعالیت سلول‌های بدن است. پلیمر‌های رسانا نظیر PEDOT {پلی( ۳،۴ اتیلن دی اکسیوفن)} پتانسیل زیادی برای چنین کاربردهایی دارند، اما تاکنون بستر مناسبی برای آن‌ها پیدا نشده است.

معمولاً پلیمرهای رسانا با استفاده از جوهرهای پلیمری مایع روی سطوح مورد نیاز چاپ یا مهر می‌شوند، این فرایند نیاز به خشک شدن دارد و نمی توان روی سطوح مرطوب مانند هیدروژل‌ها اعمال شود. برای حل این مشکل ماتسوهیکو نیشیزاوا و همکارانش در دانشگاه توکیو سیستم دو مرحله‌ای جدیدی را با استفاده از الکتروپلیمریزاسیون ایجاد نموده اند. در این فرایند، پس از ساخت الکترود پلاتینیومی اصلی، ژل مایع آگاروز به ضخامت ۲ میلی متر روی سطح ریخته می‌شود. سپس در محلول آبی مونومر PEDOT پتانسیل التریکی اعمال و لایه نازکی از PEDOT روی هیدروژل در نقطه تماس با پلاتینیوم اصلی شکل می‌گیرد.

راست: فرایند دو مرحله ای تولید الکترود، چپ: الکترود هیدروژلی دوطرفه

چالش بوجود آمده در این فرایند جدا کردن قرص هیدروژل ایجاد شده، از پلاتین بدون واد شدن لطمه به آن است. برای رفع این مشکل، نیشیزاوا و همکاران از رفتار الکتروشیمیایی طبیعی PEDOTاستفاده کردند. اکسایش و کاهش برگشت پذیر PEDOT، منجر به انقباض و انبساط و در نتیجه خمش قرص هیدروژل و جدا شدن آن از صفحه پلاتینیوم می‌شود. با تکرار این عمل، قرص کاملاً جدا می‌شود. این تیم معتقد است این روش می‌تواند در ساخت الگوهای پیچیده‌تر همچنین روی ژل‌های دیگر مانند کلاژن یا فیبرین استفاده شود. بعنوان مثال یکی از کاربردهای این تحقیق در زمینه تحریک الکتریکی مستقیم بافت‌های عضلانی مانند قلب می‌باشد.

کریستین اشمیت، از کارشناسان مهندسی پزشکی در دانشگاه تگزاس در آستین آمریکا، تحت تاثیر این تحقیق می‌گوید: “این کار روش نسبتاً ساده و کم هزینه‌ای برای ساخت حسگرهای قابل کاشت در بدن است. و می‌تواند صفحه‌ای برای ساخت سنسورهای هیدروژلی منعطف فراهم کند که می‌تواند کارآمدی بیشتری در بافت‌های نرم و انقباضی و سلول‌های انفرادی داشته باشد.”

نتایج این تحقیقات در مجله Journal of the American Chemical Society به چاپ رسیده است.