Przełomowy przepis na przewodzące tworzywa otwiera drogę do połączenia ciała z internetem

• Strona główna
• Artykuły
• Przełomowy przepis na przewodzące tworzywa otwiera drogę do połączenia ciała z internetem

2025-09-18

Przewodzące plastiki, zwane naukowo polimerami koniugowanymi, to materiały organiczne, które łączą elastyczność, biokompatybilność i zdolność do przewodzenia prądu. Wyglądają jak złoto, są łatwe do formowania, a ich organiczny skład sprawia, że są przyjazne dla ludzkiego ciała – w odróżnieniu od metali, które mogą korodować w wilgotnych środowiskach. Jak podkreśla Joost Kimpel, doktorant i główny autor badania opublikowanego w Science Advances, brak metali ziem rzadkich w tych materiałach to także ich zaleta ekologiczna.

- Ten materiał jest kompatybilny z tkankami ludzkiego ciała, a jednocześnie działa jak półprzewodnik. Dzięki temu otwiera drzwi do nowych zastosowań, takich jak elektroniczne plastry przylepne, które mogą monitorować stan zdrowia i przesyłać dane bezpośrednio do smartfona – mówi Joost Kimpel.

Przewodzące tworzywa mogą znaleźć zastosowanie w wielu dziedzinach. W biotechnologii mogą służyć jako czujniki monitorujące stan zdrowia, dostarczające informacji o kondycji fizycznej lub dostosowujące dawkowanie leków w trudnych do leczenia chorobach. Mogą być wykorzystywane w implantach, drukowane w technologii 3D jako elektroniczne plastry wykrywające infekcje, a nawet integrowane z odzieżą samoczyszczącą czy noszoną elektroniką. Dzięki nim możliwe jest połączenie ludzkiego ciała z urządzeniami mobilnymi, co otwiera nowe możliwości w opiece zdrowotnej i technologii.

Klucz do nowego sposobu produkcji odkryto przypadkiem, podczas rutynowego eksperymentu w laboratorium Chalmers. Gdy reakcja chemiczna zachodziła zbyt szybko, badacze postanowili obniżyć temperaturę procesu. Okazało się, że produkcja w temperaturze pokojowej wymaga mniej etapów, zużywa mniej energii i eliminuje konieczność stosowania toksycznych substancji.

- Składniki naszego przepisu są bezpieczne i mogą być używane w środowisku przemysłowym. To oznacza bezpieczniejsze warunki pracy, spokój dla konsumentów i ułatwione recyklingowanie – wyjaśnia Joost Kimpel.

Obecna cena rynkowa 100 gramów takiego materiału wynosi około 100 tys. dolarów – dziesięciokrotnie więcej niż złoto. Jednak nowa metoda produkcji może znacznie obniżyć koszty, czyniąc materiał bardziej dostępnym.

Publikacja badania wywołała ogromne zainteresowanie wśród naukowców z innych uczelni.

- Ważnym odkryciem jest to, że nowy sposób produkcji poprawia zdolność materiału do przewodzenia prądu, co pozwala tworzyć bardziej wydajne urządzenia elektroniczne. Planujemy dalsze prace nad metodą, która umożliwi produkcję na jeszcze większą skalę, z zachowaniem stałej jakości. Możliwości są ogromne, ale to społeczeństwo i rynek zdecydują, jakie zastosowania zostaną rozwinięte. Przejście z laboratorium na skalę przemysłową to duży krok, ale wierzymy, że nasza metoda przyniesie korzyści – mówi Christian Müller, profesor na Wydziale Chemii i Inżynierii Chemicznej Uniwersytetu Chalmers oraz współautor badania.

Polimery koniugowane, kluczowy składnik przewodzących plastików, są półprzewodnikami o właściwościach umożliwiających tworzenie organicznej elektroniki. Są elastyczne, miękkie i kompatybilne z płynami ustrojowymi, takimi jak pot czy krew, co czyni je idealnymi do zastosowań bioelektronicznych. Badania nad tymi materiałami trwają od lat 70. XX wieku, kiedy odkryto ich zdolność do przewodzenia prądu, co przyniosło nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2000 roku dla Alana J. Heegera, Alana G. MacDiarmida i Hideki Shirakawy.

Nowy przełom w Chalmers otwiera drogę do masowej produkcji tych materiałów, co może zmienić sposób, w jaki korzystamy z technologii – od monitorowania zdrowia po inteligentne ubrania i zaawansowane systemy magazynowania energii.

Jak wytwarzany jest ten przewodący elektrycznie plastik?

Podstawowe składniki pochodzą ze związków aromatycznych: tienotiofenu i bitiofenu, które są podstawowymi elementami wielu organicznych półprzewodników. Te substancje miesza się w łagodnym rozpuszczalniku N-butylo-2-pirolidonie w obecności katalizatora palladowego.

Prawie natychmiast przezroczysty roztwór zaczyna zmieniać kolor, gdy podstawowe elementy zaczynają łączyć się w łańcuchy polimerowe. Te większe i dłuższe cząsteczki stanowią podstawę przewodzącego tworzywa.

Gdy kolor zmienia się z żółtego na głęboki czerwony, a następnie na głęboki fiolet, reakcja jest zakończona. Następnie mieszaninę przemywa się kilkoma różnymi rozpuszczalnikami, aby usunąć zanieczyszczenia. Ostatecznie rozpuszczalniki usuwa się za pomocą wyparki obrotowej – metody podobnej do destylacji.

Po procesie separacji pozostaje błyszcząca substancja o złotym kolorze, który wskazuje, że materiał jest przewodnikiem elektrycznym. Produkcja przewodzącego tworzywa jest teraz zakończona.

tworzywa sztucznetechnologiainnowacyjnośćbadania i rozwój