Vodivé biopolymerní kompozity

Biomedicína má na materiálový výzkum nové požadavky. Nejen proto, že vnitřní prostředí organismu je vůči materiálům velmi agresivní. Tam, kde jde o snímání elektrických signálů generovaných buňkami, tkáněmi či orgány, anebo naopak o přenos signálů k nim, se vyžaduje kromě biokompatibility rovněž elektrická vodivost.

Přenos nervového vzruchu, fungování srdečního svalu, hojení ran, vývoj plodu. Všechny tyto fyziologické procesy souvisejí s bioelektřinou. Není proto divu, že se vědci snaží vytvořit elektricky vodivý a zároveň zdravotně nezávadný materiál. Cílem je využít člověkem vytvořený materiál k ovlivňování až řízení fyziologických procesů. V poslední době se navíc připojuje potřeba eliminovat dopad na životní prostředí, který je s výrobou syntetických materiálů vždy spjat. Na první pohled se může zdát, že jde o požadavky, které se vzájemně takřka vylučují. Neexistuje ale nějaké řešení?

Nahoře: Kompozit po lypyrrolu a detaily nanovláken v různém zvětšení. Dole: Metoda přípravy kompozitu s využitím selektivně oxidovaných polysacharidů a zcela vpravo dole schéma vazby mezi polypyrrolem a dialdehydem celulózy.

Při snaze využít bioelektřinu se museli vědci a lékaři po dekády spoléhat na kovy, jejichž užití má řadu limitů a přináší mnoho problémů. Například už sama podstata elektrické vodivosti se liší. Zatímco bioelektřina je založena na pohybu iontů, elektrická vodivost kovů vychází z pohybu elektronů (omlouváme se kolegům fyzikům za extrémní zjednodušení). Tento fundamentální rozpor vede k problémům v přenosu informací na rozhraní tkání či buněk a syntetického materiálu. Právě efektivita přenosu informací je přitom klíčová pro praktické aplikace v oblasti bioelektronických zařízení ať již pro snímání signálů generovaných buňkami, tkáněmi či orgány, anebo naopak pro přenos signálů k nim, což je nutné pro ovlivnění jejich funkce.

Problémy ale také přináší rozdílnost mechanických vlastností kovů a tkání, což může vést k lokálnímu poškození tkáně a následně vzniku tkáně fibrotické (a tedy nefunkční). Cesta k řešení těchto problémů začíná v sedmdesátých letech, kdy došlo k pochopení mechanismu dopování vodivých polymerů (viz Stanislav Nešpůrek et al., Vesmír 80, 35, 2001/1).