Naukowcy stworzyli sztuczną skórę, która wyczuwa zmiany temperatury

Zespół inżynierów i naukowców z Politechniki Federalnej w Zurychu i prywatnej Uczelni Technicznej w Kalifornii opracowali sztuczną skórę zdolną do wykrywania zmian temperatury za pomocą mechanizmu podobnego do stosowanego przez organ, który pozwala grzechotnikom wyczuć zdobycz.

Materiał może być wszczepiony do protezy przywracając wyczuwanie temperatury po amputacji. Może być również stosowana jako bandaże do pierwszej pomocy stosowane przez pracowników służby zdrowia.

Referat na temat nowego materiału zostanie opublikowany w „Science Robotics” w dniu 1 lutego.

Podczas wytwarzania syntetycznych komórek skóry w szalce Petriego, zespół kierowany przez Chiara Daraio stworzył materiał, który wykazywał reakcje elektryczne wobec zmian temperatury w laboratorium. Okazało się, że składnik odpowiedzialny za wrażliwość na temperaturę to pektyny, zbudowane z cząsteczek długołańcuchowych występujących w ścianach komórkowych roślin.

Naukowcy stworzyli sztuczną skórę, która reaguje na zmiany temperatur
Naukowcy stworzyli sztuczną skórę, która reaguje na zmiany temperatur (123RF)

"Pektyna jest szeroko stosowana w przemyśle spożywczym jako środek żelujący. Jest to więc substancja łatwa do pozyskania i stosunkowo tania” – mówi Daraio, profesor inżynierii mechanicznej i fizyki stosowanej na Wydziale Inżynierii i Nauk Stosowanych na Politechnice Kalfornijskiej.

Zespół skupił zatem uwagę na pektyny i ostatecznie utworzył cienką, przezroczystą folię elastyczną zawierającą pektyny i wodę, która może mieć grubość około 20 mikrometrów (co odpowiada średnicy włosa ludzkiego).

Cząsteczki pektyny w filmie mają słabo związaną strukturę podwójnej helisy, która zawiera jony wapnia. Wraz ze wzrostem temperatury, te wiązania rozpadają się i podwójne nici rozwiązują się, uwalniając dodatnio naładowane jony wapnia.

ZOBACZ TAKŻE

Co twoja skóra mówi o twoim zdrowiu?

Albo zwiększenie stężenia jonów wolnego wapnia lub zwiększenie ich mobilności (prawdopodobnie obydwa te czynniki) powoduje zmniejszenie oporu elektrycznego w materiale, co może być wykryte za pomocą miernika podłączonego do elektrod osadzonych w filmie.

Film wyczuwa temperaturę za pomocą mechanizmu podobnego - ale nie identycznego - do organów żmij, które pozwalają wężom wyczuć ciepłe ofiary w ciemności, dzięki wykrywaniu promieniowania cieplnego. W tych organach, kanały jonowe w błonie komórkowej włókien nerwowych rozszerzają się wraz ze wzrostem temperatury. To rozszerzenie pozwala na przepływ jonów wapnia i wyzwalanie impulsów elektrycznych.

Istnieją już elektroniczne modele skóry, które mogą wyczuwać zmiany temperatury o mniej niż jedną dziesiątą stopnia Celsjusza całym zakresie temperatur 5 stopni. Nowa skóra może wyczuć zmiany, które są o rząd wielkości mniejsze i są w stanie reagować na zmiany temperatury, które są o dwa rzędy wielkości większe niż w innych skórach elektronicznych w zakresie temperatur 45 stopni.

5 chorób, które mogą cię zabić w ciągu 24 godzin
5 chorób, które mogą cię zabić w ciągu 24 godzin [6 zdjęć]

W czasach, kiedy zdrowie stało się modne, większość ludzi zdaje sobie sprawę, że prowadząc niezdrowy...

zobacz galerię

Dotychczas, opracowana przez naukowców skóra jest w stanie wykryć te małe zmiany w całym zakresie temperatur, w przybliżeniu od 5 do 50 stopni Celsjusza (41 do 158 stopni Fahrenheita), które są odpowiednie dla zastosowań biomedycznych.

Następnie zespół naukowców ma w planach zwiększyć ten zakres czułości do 90 stopni Celsjusza (194 stopni Fahrenheita). W ten sposób czujniki z pektyny mogą być przydatne do zastosowań przemysłowych, takich jak czujniki termiczne w elektronice.

Polecane dla Ciebie

Pomocni lekarze

Szukaj innego lekarza

Komentarze

Wysyłając opinię akceptujesz regulamin zamieszczania opinii w serwisie. Grupa Wirtualna Polska S.A. z siedzibą w Warszawie jest administratorem twoich danych osobowych dla celów związanych z korzystaniem z serwisu. Zgodnie z art. 24 ust. 1 pkt 3 i 4 ustawy o ochronie danych osobowych, podanie danych jest dobrowolne, Użytkownikowi przysługuje prawo dostępu do treści swoich danych i ich poprawiania.
    Ważne tematy