Materiál posunu tvaru by mohl transformovat budoucnost implantovatelných a požívajících zdravotnických prostředků

Vědci vedení Yong Lin Kong z Riceovy univerzity vyvinuli měkký, ale silný metamateriál, který lze dálkově ovládat tak, aby rychle transformoval svou velikost a tvar.

Vynález, Publikováno v Pokroky vědypředstavuje významný pokrok, který může potenciálně transformovat poživatelné a Implantovatelné zdravotnické prostředky.

Metamateriály jsou syntetické konstrukty, které vykazují neobvyklé vlastnosti, které se obvykle nenacházejí v přírodní materiály. Místo toho, aby se spoléhal pouze na Chemické složeníEfektivní chování těchto materiálů je primárně určeno fyzickou strukturou, tj. Specifickým tvarem, uspořádáním a rozsahem jejich stavebních bloků.

Nový metamateriál navržený Kongem a týmem Rice má jedinečnou kombinaci stability a deformovatelnosti, o které vědci tvrdí, že v takových měkkých strukturách nikdy dosud nebylo dosaženo. Tento metamateriál je také pozoruhodně silný – může udržet tlakové zatížení více než 10krát vyšší než jeho hmotnost a udržuje výkon v teplotách, které daleko přesahují fyziologické podmínky i drsné chemické prostředí.

„Naprogramovali jsme vícevatelnost, tj. Schopnost existovat ve více stabilních státech, do měkké struktury začleněním geometrických rysů, jako jsou lichoběžníkové podpůrné segmenty a vyztužené paprsky,“ řekl Kong, odborný asistent strojního inženýrství v Riceově George R. Brown School of Engineering and Computing. „Tyto prvky vytvářejí Energetická bariéra která zamkne strukturu do jejího nového tvaru i po odstranění vnější správné síly. “

Měkká architektura metamateriálu pomáhá řešit kritické obavy z lékařské bezpečnosti, jako například žaludeční vředyPoranění a zánět propíchnutí, ke kterým může dojít z implantovatelných a požitečných zařízení vyrobených z tuhých složek.

Kong a jeho tým použili 3D tisk k vytvoření forem, které tvoří vzájemně propojené mikroarchitektury nakloněných paprsků a podpůrných segmentů. Tento design umožňuje rychlé přepínání mezi otevřenými (vypnutými) a uzavřenými (ON) stavy a transformovaná konfigurace je udržována i po odstranění magnetického pole. Kombinací mnoha takových jednotkových buněk jako „stavební bloky“ tvoří 3D strukturu, která může nejen transformovat jeho tvar, ale může také produkovat složité peristaltické pohyby, které se pohybují nebo dodávají tekutiny kontrolovaným způsobem, když jsou ovládány magnetickým polem.

Důležité je, že materiál nadále fungoval spolehlivě i poté delší doba vystavení na mechanické napětí a kyselá koroze, podmínky, které napodobují tvrdé prostředí lidského žaludku.

„Metamateriál umožňuje vzdáleně ovládat velikost a tvar zařízení uvnitř těla. To by mohlo umožnit schopnosti záchrany života, jako je přesně ovládání, kde zařízení zůstává, a dodává léky tam, kde je potřeba, nebo nanášení cílených mechanických sil hluboko uvnitř těla,“ řekl Kong.

„Nyní využíváme tento metamateriál k vývoji požitých systémů, které mohou jednoho dne léčit obezitu u lidí nebo zlepšit zdraví mořských savců, a spolupracujeme s chirurgy v Texas Medical Center, abychom navrhli bezdrátové tekuté kontrolní systémy, aby řešily neuspokojené klinické potřeby.“

Prvním autorem této studie byl první postgraduální student Kongu Taylor Greenwood, který od té doby promoval a založil pozici fakulty na Brigham Young University. Do studie byli také zapojeni další postgraduální studenti Kongu, Brian Elder a Jared ANKLAM, postdoktorandští spolupracovníci Jian Teng a Saebom Lee a další spolupracovníci.