การปฏิวัติทางการแพทย์ในอนาคต? การพัฒนาไบโออิเล็กทรอนิกส์ไฮโดรเจลที่เฝ้าดูกิจกรรมภายในร่างกาย: ปั้นได้เหมือนทรายเปียก อ่านระบบประสาท

ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยวอชิงตันในเซนต์หลุยส์ (WashU) ได้พัฒนา "ไฮโดรเจลแบบเม็ดที่นำไฟฟ้า" ซึ่งสามารถตรวจสอบหรือกระตุ้นกิจกรรมทางชีวภาพภายในร่างกายได้ วัสดุนี้ใช้พอลิเมอร์นำไฟฟ้าอินทรีย์ที่เป็นที่นิยม PEDOT:PSS เมื่ออนุภาคมารวมกันจะคงรูปเหมือน "ทรายเปียก" และเมื่อใช้แรงจะไหลออกมา ทำให้สามารถ ฉีดหรือพิมพ์ 3 มิติ ได้ ผลงานนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Small เมื่อวันที่ 8 ตุลาคม 2025 ข่าวภายในมหาวิทยาลัยและสื่อวิทยาศาสตร์ได้รายงานต่อเนื่องในวันเดียวกันและสัปดาห์ถัดมา ทำให้ได้รับความสนใจในฐานะก้าวถัดไปของการแพทย์และอิเล็กทรอนิกส์แบบนุ่ม คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยวอชิงตัน

อะไรใหม่?——ผลกระทบร่วมของ "แบบเม็ด" × "นำไฟฟ้า"

อิเล็กโทรดสัญญาณชีวภาพแบบเดิมใช้วัสดุแข็งเช่นโลหะหรือซิลิคอน ซึ่ง ไม่เข้ากับเนื้อเยื่อ (ความแข็ง รูปร่าง การเคลื่อนไหว) เป็นปัญหาสำหรับความเสถียรในระยะยาว วัสดุใหม่ในครั้งนี้คือ อนุภาคขนาดเล็กของ PEDOT:PSS ไฮโดรเจล ขนาด 10–100 ไมโครเมตร เมื่อบรรจุแน่นจะกลายเป็นเครือข่ายฟองน้ำที่มี ความพรุนในระดับเซลล์ เมื่อใช้แรงจะ ไหลด้วยแรงเฉือน และเมื่อปล่อยแรงจะ รวมตัวใหม่แบบซ่อมแซมตัวเอง และยึดติด — การรวมกันของ **"ไฮโดรเจลแบบเม็ด" ที่มีพลวัตเฉพาะตัว และ การนำไฟฟ้า** ถือเป็นการบุกเบิก คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยวอชิงตัน

ทีมวิจัยรายงานว่าอนุภาคขนาดเล็กถูกสังเคราะห์ใน อีมัลชันน้ำในน้ำมัน และเมื่อ น้ำมันถูกให้ความร้อนที่ 90°C จะได้อนุภาคที่ดี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยวอชิงตัน

การพิสูจน์: อ่านสัญญาณกลิ่นจากหนวดตั๊กแตน

ในโมเดลคลาสสิกของประสาทสรีรวิทยา หนวดตั๊กแตน (เซลล์ประสาทรับกลิ่น) อนุภาคถูกวางเป็นก้อนเล็ก ๆ และสามารถบันทึก ศักย์ไฟฟ้าท้องถิ่น (LFP) ที่ตอบสนองต่อการกระตุ้นด้วยกลิ่นได้สำเร็จ อิเล็กโทรดอนุภาคที่อ่อนนุ่มสามารถ แนบแน่นกับพื้นผิวชีวภาพที่โค้งและสร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า ได้ ในอนาคตคาดว่าจะสามารถเข้าถึงพื้นที่ที่ยากต่อการเข้าถึงได้ด้วย อิเล็กโทรดพิมพ์ 3 มิติที่มีรูปร่างตามต้องการ หรือ อิเล็กโทรดแบบ "ฝัง" ที่ห่อหุ้มเนื้อเยื่อ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยวอชิงตัน

ประโยชน์คืออะไร?——สามสถานการณ์การประยุกต์ใช้

1. การปรับปรุงอุปกรณ์ฝังตัว/สวมใส่ได้
   สำหรับเนื้อเยื่อที่ อ่อนนุ่มและเคลื่อนไหว เช่น กล้ามเนื้อหัวใจ สมอง และเส้นประสาทส่วนปลาย การฉีดเพื่อสร้างรูปทรงในที่ หรือ การพิมพ์ 3 มิติ เมื่อเปรียบเทียบกับ "อิเล็กโทรดแข็ง" แบบเดิม คาดว่าจะลด อิมพีแดนซ์ที่ขอบเขต และ การอักเสบในระยะยาว คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยวอชิงตัน

2. การบันทึกความหนาแน่นสูงด้วยอิเล็กโทรด "ห่อหุ้ม"
   เครือข่ายที่มีความพรุนสามารถ ผ่านไอออน และ การแทรกซึมของเซลล์ ทำให้สามารถรับสัญญาณจาก พื้นที่สัมผัสที่กว้าง การทดลองกับตั๊กแตนเป็นการพิสูจน์แนวคิดนี้ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยวอชิงตัน

3. การแพทย์ฟื้นฟู × อิเล็กโทรเทอราพี
   ในฐานะ โครงสร้างรองรับในวิศวกรรมเนื้อเยื่อ ที่สามารถโอบล้อมเซลล์และ ควบคุมการแยกและการจัดแนวด้วยการกระตุ้นไฟฟ้า เปิดทางให้กับ "โครงสร้างรองรับที่สามารถกระตุ้นได้" ห้องปฏิบัติการของ Rutz ได้เปิดเผยการวิจัยการพิมพ์ 3 มิติของ โครงสร้างรองรับที่เลียนแบบชีวภาพและอ่อนนุ่ม ในช่วงต้นปี 2025 และวัสดุนี้เป็นการขยายตัวของการวิจัยนั้น คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยวอชิงตัน
   
   

หัวใจของเทคโนโลยี: วัสดุ โครงสร้างขนาดเล็ก กระบวนการ

• วัสดุ: PEDOT:PSS เป็นพอลิเมอร์นำไฟฟ้าที่มีความโปร่งใส เสถียร และมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพสูง เป็นที่รู้จักว่าสามารถเพิ่มการนำไฟฟ้าได้มากด้วยการเติมสารเติมแต่งหรือการปรับสูตร วิกิพีเดีย

• โครงสร้างขนาดเล็ก: "ช่องว่าง" ระหว่างอนุภาคสร้าง รูพรุนระดับไมครอน และให้ เส้นทางการเคลื่อนที่ของไอออน และ พื้นที่ในระดับเซลล์ พร้อมกัน มีประสิทธิภาพในการยึดติดและการจัดการสัญญาณ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยวอชิงตัน

• กระบวนการ: กระบวนการอีมัลชัน→การกรองเพื่อเติม→การอัด (การพิมพ์ 3 มิติ) เป็น กระบวนการทั่วไป การนำไปใช้กับเครื่องพิมพ์ที่มีอยู่หรือไมโครโรบอทก็เป็นไปได้ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยวอชิงตัน

(อ้างอิง) ในสาขานี้ยังมีการพัฒนา การพิมพ์ 3 มิติความละเอียดสูง ของไฮโดรเจล PEDOT และ สายไฟที่ยืดหยุ่น ซึ่งเป็นแนวทางที่ควรทราบในฐานะเทคโนโลยีพื้นฐาน สิ่งพิมพ์ของสมาคมเคมีอเมริกัน

ปัญหาและความเสี่ยง: สิ่งที่ควรพิจารณา

• ความเสถียรในระยะยาว: วิธีการรักษา การนำไฟฟ้า และ การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกล ในสภาพแวดล้อมของโมเลกุลน้ำหรือไอออน มีรายงานว่า PEDOT:PSS มีการเปลี่ยนแปลงการนำไฟฟ้าตามค่า pH และความเข้มข้นของเกลือ Science

• อินเทอร์เฟซอิเล็กโทรด—เนื้อเยื่อ: ขีดจำกัดการฉีดประจุ และ ปฏิกิริยาความร้อนและการอิเล็กโทรไลซิส การวัดขอบเขตความปลอดภัย

• การฆ่าเชื้อและการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านยา: การผลิตที่สอดคล้องกัน (ขนาดอนุภาค การกระจาย ตัวตกค้าง) สำหรับ วัสดุฉีด/ฝัง การรักษาคุณสมบัติหลังการฆ่าเชื้อ และการเลือก การย่อยสลาย/ไม่ย่อยสลาย

• การกู้คืนและการย้อนกลับ: ระบบอนุภาคสามารถออกแบบให้ กระจายและกำจัดใหม่ ได้ แต่ต้องประเมิน การเคลื่อนไหวในร่างกาย และ การตอบสนองทางภูมิคุ้มกัน
  
  
  

การเคลื่อนไหวของ IP และการพาณิชย์

ทีมวิจัยได้ทำ การยื่นขอสิทธิบัตรในสหรัฐอเมริกา และกำลังดำเนินการพาณิชย์ร่วมกับ แผนกการถ่ายโอนเทคโนโลยีของมหาวิทยาลัย (OTM) ไม่เพียงแต่ผ่านเส