Dýchající hydrogel z MIT: Nový materiál inspirovaný plícemi zlepší nositelné senzory a hojení ran

Vědci z Massachusettského technologického institutu (MIT) vyvinuli nový typ hydrogelu, který je schopen „dýchat“ podobně jako lidské plíce.

Vědci z Massachusettského technologického institutu (MIT) vyvinuli nový typ hydrogelu, který je schopen „dýchat“ podobně jako lidské plíce. Tento inovativní materiál by mohl zásadně zlepšit funkčnost nositelných zdravotnických senzorů, lékařských náplastí a obvazů na rány, které jsou v současnosti často limitovány tím, že běžné hydrogely zadržují teplo a pot, což způsobuje podráždění pokožky a narušuje přesnost měření.

Nový hydrogel obsahuje stabilní trojrozměrnou síť mikroskopických kanálků naplněných vzduchem. Inspirací pro tuto architekturu byly právě lidské plíce. Vědci dosáhli této struktury přidáním malého množství částic silikagelového aerogelu – v podstatě „pevných vzduchových bublin“ – do běžné receptury hydrogelu. Tyto vodoodpudivé částice zachycují vzduch a brání kolapsu nebo zaplnění vodou. I přes to, že materiál obsahuje 70 procent vody, dosáhl v laboratorních testech propustnosti kyslíku až 185 barrerů, což je přibližně desetkrát více než u konvenčních hydrogelů. Navíc propouští vodní páru 10 až 100krát rychleji než silikonové a polyuretanové náplasti, což pomáhá odvádět vlhkost od pokožky. Materiál je také měkký a odolný, po 10 000 cyklech natahování si zachoval asi 95 procent své propustnosti vzduchu.

Testy potvrdily výrazné zlepšení komfortu. Infračervené snímky po dvacetiminutovém cvičení ukázaly, že teplota pokožky pod komerční silikonovou náplastí vzrostla o 6,5 stupně Celsia, zatímco pod novým hydrogelem klesla o jeden stupeň, pravděpodobně díky efektivnějšímu odvodu tepla. Pod silikonovou náplastí se také hromadilo značné množství potu, zatímco pokožka pokrytá prodyšným hydrogelem zůstala podobná nepokryté kůži. Deset dobrovolníků, kteří nosili nové náplasti na hrudi během hodiny mírného cvičení, nezaznamenalo žádné svědění, podráždění ani jiné nežádoucí kožní reakce.

Tým také adaptoval hydrogel pro použití jako elektrodu pro záznam elektrické aktivity srdce. Během cyklistických testů konvenční hydrogelové elektrody produkovaly méně stabilní signály elektrokardiogramu (EKG kvůli hromadění potu. Elektrody vyrobené z prodyšného hydrogelu si však udržely jasnější údaje během cvičení i po něm. Při prodlouženém monitorování byly hydrogelové elektrody nošeny nepřetržitě po dobu deseti dnů a nadále zaznamenávaly použitelné EKG signály během aktivit, jako je spánek, práce, chůze a cvičení.

Podle Xuanhe Zhaoa, hlavního autora studie a strojního inženýra z MIT, by nejbližšími aplikacemi mohla být nositelná lékařská zařízení, obvazy na rány a monitory zdraví upevněné na kůži. V dlouhodobějším horizontu by se design mohl uplatnit v tkáňovém inženýrství a implantovatelných zařízeních, kde je efektivní transport kyslíku pro udržení životaschopnosti buněk stále velkou výzvou. Materiál však zatím není připraven pro klinické použití a vyžaduje další studie týkající se dlouhodobé biokompatibility, výkonu na velkých zvířatech, sterilizace, velkovýroby, skladovatelnosti a regulační bezpečnosti. Lidské testy byly zatím malé a sloužily především k prokázání proveditelnosti materiálu.