هیدروژل رسانای زیستی؛ دستاورد مشترک دانشگاه ایرانی و چینی

به گزارش گروه اجتماعی خبرگزاری تسنیم، پژوهشگران دانشگاه دامغان با همکاری بیمارستان وابسته به دانشگاه پزشکی وِنژو، نوعی هیدروژل رسانای زیستی و زیست‌تخریب‌پذیر طراحی کرده‌اند که می‌تواند جایگزینی پایدار برای الکترودهای غیرقابل‌تجزیه در دستگاه‌های الکتروتراپی باشد. این هیدروژل علاوه بر رسانایی بسیار بالا، طی 60 روز در خاک تا 49 درصد تجزیه می‌شود و قابلیت استفاده در فناوری‌های پوشیدنی و مهندسی بافت را نیز دارد.

با افزایش نگرانی‌های جهانی درباره پسماندهای الکترونیکی و اثرات زیست‌محیطی مواد غیرقابل‌تجزیه، نیاز به توسعه مواد نوینی که هم عملکرد الکتریکی مطلوب داشته باشند و هم با بدن انسان و محیط‌زیست سازگار باشند، بیش از هر زمان دیگری احساس می‌شود.

یکی از حوزه‌هایی که به شدت به چنین نوآوری‌هایی نیاز دارد، دستگاه‌های الکتروتراپی است؛ تجهیزاتی که برای کاهش درد، تحریک عضلانی و بازتوانی بیماران استفاده می‌شوند، اما اغلب از الکترودهایی بهره می‌برند که زیست‌تخریب‌پذیر نیستند و در بلندمدت مشکلات زیست‌محیطی ایجاد می‌کنند.

در همین راستا، پژوهشگران دانشگاه دامغان با همکاری بیمارستان خلق چوژو (Quzhou Peoples Hospital) وابسته به دانشگاه پزشکی وِنژو موفق به توسعه یک نانوکامپوزیت زیست‌تخریب‌پذیر و رسانای الکتریکی شدند که می‌تواند آینده‌ای سبز و پایدار برای تجهیزات پزشکی رقم بزند.

این دستاورد علمی، در قالب یک هیدروژل دولایه زیستی معرفی شده است که با بهره‌گیری از صمغ کتیرای طبیعی (Tragacanth Gum) و پلی‌وینیل الکل (PVA)، و تقویت با گرافن کربوکسیله (GrF) و پلی‌پیرول (PPy)، توانسته است محدودیت‌های موجود در هیدروژل‌های رسانای رایج را برطرف کند.

نتایج این پروژه در قالب مقاله ای با عنوان Development of ecofriendly, biodegradable electrically conductive double-layer bio-hydrogel nanocomposite for sustainable medical device applications منتشر شده است.

نوآوری کلیدی این پژوهش در طراحی ساختار دولایه هیدروژل نهفته است. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد که این طراحی موجب کاهش چشمگیر مقاومت الکتریکی و افزایش قابل‌توجه رسانایی شده است؛ به‌طوری‌که رسانایی متناوب (AC conductivity) هیدروژل جدید در فرکانس‌های مرتبط با کاربردهای الکتروتراپی، تا 4.99 × 105 برابر بیشتر از نمونه‌های مرجع گزارش شده است.

در مقایسه با نمونه تک‌لایه، هیدروژل TPG@PPy توانسته است در فرکانس 80 هرتز تا 1.5 برابر رسانایی بیشتر از خود نشان دهد؛ دستاوردی که می‌تواند کیفیت و اثربخشی دستگاه‌های الکتروتراپی مانند TENS (تحریک الکتریکی عصب از راه پوست) را به طور محسوسی ارتقا دهد.

افزون بر قابلیت رسانایی، یکی از ویژگی‌های برجسته این هیدروژل، زیست‌تخریب‌پذیری بالا است. بررسی‌های انجام‌شده نشان داد که این ماده در شرایط خاک طی 60 روز، بین 41 تا 49 درصد از جرم خود را از دست می‌دهد. این یافته نشان می‌دهد که برخلاف بسیاری از مواد مصنوعی موجود، هیدروژل دولایه جدید پس از پایان عمر مفید خود می‌تواند بدون بر جای گذاشتن پسماندهای مضر، در طبیعت تجزیه شود و تهدیدی برای محیط‌زیست نباشد.

کاربردهای این نوآوری تنها به حوزه الکتروتراپی محدود نمی‌شود. پژوهشگران معتقدند این هیدروژل‌های رسانا می‌توانند به‌عنوان پایه‌ای برای توسعه فناوری‌های پوشیدنی پیشرفته همچون حسگرهای زیستی و دستگاه‌های پایش سلامت نیز به کار گرفته شوند.

انعطاف‌پذیری و قابلیت رسانایی بالا، امکان جمع‌آوری داده‌های پزشکی به‌صورت لحظه‌ای و افزایش راحتی کاربران را فراهم می‌آورد. همچنین در حوزه مهندسی بافت، این مواد می‌توانند به‌عنوان داربست‌هایی مناسب برای رشد سلول‌ها و ترمیم بافت‌های آسیب‌دیده مورد استفاده قرار گیرند.

ضرورت این پروژه از آن‌جا ناشی می‌شود که فناوری‌های پزشکی آینده باید نه‌تنها مؤثر و پیشرفته باشند بلکه الزامات پایداری زیست‌محیطی را نیز برآورده کنند. تجهیزات پزشکی که بر اساس مواد غیرقابل‌تجزیه ساخته شوند، در بلندمدت انباشت پسماندهای خطرناک را در پی خواهند داشت. دستاورد اخیر دانشگاه دامغان و همکاران بین‌المللی‌اش نشان می‌دهد که می‌توان میان عملکرد پیشرفته و سازگاری با محیط‌زیست تعادل برقرار کرد.