Электрод из материала, разработанного в институте Биомедицинских систем НИУ МИЭТ, будет дешевле на 99,9% существующих аналогов.

Разработанный материал уже получил два патента: за биопроводность и биосовместимость (без использования драгоценных металлов, которые сегодня используются в качестве единственно возможных электродов) и за хорошую реакцию на деформацию, что крайне важно при имплантации искусственного материала в мышечную ткань. 

Из чего состоит новый материал?

«Искусственная мышца» — это электроактивный полимер, который деформируется при воздействии на него импульсами тока. Материал электродов: матрица (более 99 мас.%) из биологического материала (бычий сывороточный альбумин), взятая из живого организма, или карбоксиметилцеллюлоза с добавками коллогена и хитозана; наполнитель (менее 1 мас.%) из углеродных нанотрубок.

Вариативность состава позволяет менять параметры под нужды пациента: можно сделать мышцу в виде слоя или объемного органа. Новый материал подходит и для изготовления электропроводимых нитей, на которые уже есть запросы от медиков. 

В биологической среде металлические нити, которые сейчас используются во врачебной практике, очень недолговечны: они постепенно растворяются в биологическом жидкости и распространяются по телу человека. Новая разработка МИЭТа имеет высокую степень биосовместимости и хорошие предпосылки быть востребованной в нейрохирургии.

Как будет работать

Рассмотрим механизм работы «Искусственной мышцы» на примере инфаркта миокарда, при котором часть ткани сердечной мышцы омертвляется и перестает деформироваться.

На место омертвевшей ткани кладется заплатка из нового материала, а с помощью специальных электронных систем беспроводным способом к ней будет поступать сигнал, заставляющий ее «сокращаться». Тот же принцип будет работать и при имплантации в сфинктеры (пищевод, мочевой пузырь и др.): к материалу будет поступать сигнал и он будет «знать», когда следует «открыться», а когда «закрыться». 

Кроме применения нового материала в качестве имплантата, эффективно его использование в качестве датчика деформации (тензорезистора). Слои из этого материала 3D-принтером наносятся, допустим, на кожу рук хирурга (как перчатки), и при проведении операций роботами (например, для дистанционных операций или опасных для врачей маневрах на пациентах с ВИЧ) они синхронно повторят движения рук хирурга. Врач делает маневры пальцами, а робот в точности копирует его действия. 

Этот же способ применим и для работы сотрудников спецслужб: специалист может дистанционно с помощью робота и «перчаток» из нового материала обезвредить бомбу или исследовать неизвестный химический состав, не подвергая риску собственную жизнь.

Эксперименты

Кандидат физико-математических наук, доцент МИЭТ Леван Ичкитидзе говорит, что уже с мая этого года совместно с биологами Тимирязевской академии проводятся эксперименты по имплантации нового материала в организмы животных: кроликов и птиц. Кроликам материал имплантируется в ушные раковины и в хрящевую ткань, а птицам, которые считаются наиболее чувствительными к чужеродным тканям, — в мышцы бедра. 

«Первая серия испытаний (на сроках в 1 и 3 месяца) закончилась успешно, — отмечает Ичкитидзе. — Показатели микроскопии и гистологии мы получили хорошие. Более долгосрочное, полугодовое испытание планируем завершить в следующем году. После этого ожидаем разрешения на эксперимент с более крупным животным, и только потом можно будет думать об апробации материала на человеке».

Леван Ичкитидзе также отметил, что предложенный новый электропроводящий композиционный наноматериал будет востребован в электронике и микроэлектронике, и особенно в бурно развивающемся направлении «кожная электроника».