Wissenschaftler haben herausgefunden, wie der piezoionische Effekt in Hydrogelen funktioniert

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Wissenschaftler haben herausgefunden, wie der piezoionische Effekt in Hydrogelen funktioniert, und ebnen den Weg für die Verwendung von ionischen Häuten in Prothesen und Roboterhänden. Ionic Skins bestehen aus flexiblen, biokompatiblen Hydrogelen, die Ionen verwenden, um eine elektrische Ladung zu übertragen, um die sensorischen Eigenschaften normaler Haut zu simulieren. Im Gegensatz zu Smart Skins aus Kunststoff und Metall sind Hydrogele angenehmer zu tragen und haben die Weichheit echter Haut. Wenn diese Hydrogele kontaktiert werden, erzeugen sie Spannungen – den piezoionischen Effekt – aber die Wissenschaftler wussten nicht wie, bis ein Team der University of British Columbia (UBC) ein einzigartiges Experiment entwickelte, über das in Science berichtet wurde. Yuta Dobashi, der Hauptautor der Studie, entwickelte unter der Leitung des UBC-Forschers Dr. John Madden Hydrogelsensoren, die Salze mit unterschiedlich großen positiven und negativen Ionen enthielten. Magnetfelder wurden von ihm und Forschern der Physik- und Chemieabteilungen der UBC verwendet, um zu verfolgen, wie sich die Ionen bewegten, wenn Druck auf den Sensor ausgeübt wurde. Laut den Forschern zeigen diese neuen Informationen, dass Hydrogele Druck auf die gleiche Weise wahrnehmen wie Menschen, nämlich durch Verschieben von Ionen als Reaktion auf Druck, wodurch neue Verwendungsmöglichkeiten für ionische Häute eröffnet werden. Eine weitere Anwendung ist laut UBC ein weicher Hydrogelsensor, der auf der Haut platziert wird und die Vitalfunktionen eines Patienten überwachen kann, während er unauffällig und selbstversorgt ist. Yael Petel, eine UBC-Chemie-Doktorandin, und Carl Michal, ein UBC-Professor für Physik, trugen zu der Forschung bei, die das Zusammenspiel zwischen starken Magnetfeldern und den Kernspins von Ionen nutzte, um Ionenbewegungen innerhalb der Hydrogele zu verfolgen. Giao Nguyen, Cédric Plesse und Frédéric Vidal von der französischen Universität CY Cergy Paris trugen zur Aufstellung einer neuen Hypothese zur Bildung von Ladung und Spannung in Hydrogelen bei. Dobashi erklärte: „Wenn Druck auf das Gel ausgeübt wird, verteilt dieser Druck die Ionen in der Flüssigkeit mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und erzeugt ein elektrisches Signal. Positive Ionen, die tendenziell kleiner sind, bewegen sich schneller als größere, negative Ionen. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Ionenverteilung, die ein elektrisches Feld erzeugt, wodurch ein piezoionischer Sensor funktioniert. Wir können uns eine Zukunft vorstellen, in der geleeartige „iontronics“ für Körperimplantate verwendet werden. Künstliche Gelenke können ohne Angst vor Abstoßung im menschlichen Körper implantiert werden. Ionische Geräte können als Teil eines künstlichen Knieknorpels verwendet werden und ein intelligentes Sensorelement hinzufügen. Ein piezoionisches Gel-Implantat könnte zum Beispiel Medikamente freisetzen, je nachdem, wie viel Druck es wahrnimmt.“ Dr Nervensystem, da die Spannungen, Ströme und Reaktionszeiten denen über Zellmembranen gleichen. Wenn wir unseren Sensor mit einem Nerv verbinden, erzeugt er ein Signal im Nerv. Der Nerv wiederum aktiviert die Muskelkontraktion. Sie können sich eine Armprothese vorstellen, die mit einer ionischen Haut bedeckt ist. Die Haut nimmt ein Objekt durch Berührung oder Druck wahr, übermittelt diese Information über die Nerven an das Gehirn, und das Gehirn aktiviert dann die Motoren, die zum Anheben oder Halten des Objekts erforderlich sind. Mit der Weiterentwicklung der Sensorhaut und Schnittstellen zu Nerven ist diese bionische Schnittstelle denkbar. Intelligente Skins können in Kleidung integriert oder direkt auf der Haut platziert werden, und ionische Skins sind eine der Technologien, die dieses Wachstum fördern können.“

“Wissenschaftler haben herausgefunden, wie der piezoionische Effekt in Hydrogelen funktioniert.“
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