iPon Hírek

Érintésre érzékeny és öngyógyító mesterséges bőr

Dátum | 2012. 11. 12.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

Senki sem ismeri jobban az emberi bőr különleges tulajdonságait azoknál a tudósoknál, akik igyekeznek lemásolni azt. A bőr legnagyobb kiterjedésű érzékszervünkként pontos információkat továbbít az agynak a minket körülvevő hőmérsékletről és a rá nehezedő nyomásról, valamint kivételes hatékonysággal gyógyul, megóvva szervezetünket a külvilág közvetlen hatásaitól. A Stanford vegyészmérnökei ezt a két tulajdonságot igyekeznek egyetlen szintetikus anyagban ötvözni, és úgy tűnik, jó úton járnak. Létrehozták ugyanis az első olyan mesterséges anyagot, amely egyaránt képes a legkisebb nyomáskülönbségek észlelésére és a rajta keletkező sérülések gyógyítására is. Eredményeikről a Nature Nanotechnology oldalain számolnak be.

A kutatás vezetője, Zhenan Bao elmondta, hogy az elmúlt évtizedben rengeteg fejlődés történt a szintetikus bőrök fejlesztése terén, de a leghatékonyabban gyógyuló anyagok esetében is számos komplikáció akadt. Egyes anyagokat magas nyomásnak kellett kitenni az öngyógyítás beindítása érdekében, ami lehetetlenné tett mindennapos használatukat. Más fajták ugyan képesek szobahőmérsékleten és normál nyomáson gyógyulni, de egy-egy vágás helyrehozása megváltoztatja mechanikai és/vagy kémiai szerkezetüket, így adott helyen csak egyszer képesek kijavítani önmagukat. Végezetül egyetlen öngyógyító anyag sem jó elektromos vezető, ami szintén erősen korlátozta a használati lehetőségek körét.

A Stanford kutatóinak azonban végre sikerült úgy összeházasítani két alapanyagot, hogy az két rendkívül kedvező tulajdonsággal is rendelkezik: képes önmagát gyógyítani és vezeti az áramot. Alapként egy műanyagot használtak, amelyben a hosszú polimerláncokat hidrogénkötések kapcsolják egymáshoz. Az elsőrendű kötéseknél jelentősen gyengébb kapcsolódásokból eredő dinamizmus teszi lehetővé az anyag gyógyulását, mondta el Chao Wang, a kutatócsoport egyik tagja. A molekulákat viszonylag könnyű egymástól elválasztani, de amikor ismét egymás közelségébe kerülnek, a hidrogénkötések újra kialakulnak, és helyreállítják az anyag sérülés előtti szerkezetét. A végeredmény egy szobahőmérsékleten hajlékony, puha érzetű, de sokat kibíró anyag.

Ehhez a polimerhez a kutatók kis mennyiségben nikkelt adagoltak, amely jelentősen növelte az anyag mechanikai ellenálló képességét. A nikkel nanorészecskék felszíne rendkívül egyenetlen, ami fontos szerepet játszott abban, hogy az anyag vezetőképes legyen. A részecskék aprócska kiszögelléseinek mindegyike elektromos mezőt gerjeszt, könnyebbé téve ezzel a töltés áramlását egyik részecskétől a másikig.


Az immár remekül vezető anyag fejlesztése során a következő lépés annak megállapítása volt, hogy a fizikai károsodást követően mennyire állnak helyre annak mechanikai és elektromos tulajdonságait. Ehhez a szakértők egy vékony anyagdarabot szikével kettévágtak, majd óvatosan egymáshoz érintették a darabokat. Az anyag már pár másodpercnyi kontaktus után visszanyerte eredeti erősségének és vezetőképességének 75 százalékát, harminc perc alatt pedig közel 100 százalékosan meggyógyította magát. Tekintetbe véve, hogy az emberi bőrnek is napok kellenek a gyógyuláshoz egy hasonló sérülés esetén, ez nagyon is figyelemreméltó eredmény.

Ami még izgalmasabb, ugyanazon az anyagdarabot ugyanott újra elvágva ismét gyakorlatilag tökéletes lesz a gyógyulás. Ötven vágás és gyógyulás után a minta rugalmassága, mechanikai integritása és vezetőképessége nem mutatott észlelhető változást az eredeti állapothoz képest.

Két anyag összeházasítása persze sosem problémamentes. A nikkelrészecskék ugyan fontos szerepet játszottak abban, hogy az anyag erős és vezetőképes legyen, ugyanakkor hátráltatták a gyógyulási folyamatot, mivel megnehezítették a hidrogénkötések ismételt kialakulását. A szakértők úgy gondolják, hogy a részecskék méretének és formájának alakítása révén ez a probléma megoldható lehet az anyag következő generációiban.

A szakértők azt is kipróbálták, hogyan tudnák szenzorként használni az anyagot. A matérián áthaladó elektronok viselkedést úgy képzelhetjük el, mintha kőről kőre ugrálva próbálnánk keresztezni egy folyót. A kövek jelen esetben a nikkel nanorészecskék, és a köztük lévő távolságtól függ, hogy mennyi energiára van az elektronnak szüksége ahhoz, hogy egyik részecskétől a másikig jusson.

Ha az anyag csavarodik vagy nyomás alá kerül, a nikkelrészecskék közelebb kerülnek egymáshoz, így könnyebbé válik az elektronok mozgása. Az anyag ellenállásában mutatkozó aprócska változások tehát információt közölnek arról, hogy milyen mértékű nyomó- és húzóerők hatnak a felületre. Jelenleg a mesterséges bőr elég érzékeny ahhoz, hogy egy kézfogásnak megfelelő erőhatásokat észlelni lehessen a segítségével, így már mostani formájában is jól alkalmazható lehet protézisekben. Mivel az anyag a nyomáson túl hajlításra is érzékeny, a jövőben talán olyan művégtagok kifejlesztése is elképzelhető, amelyeknél a páciens azt is érezheti, hogy milyen mértékben hajlik az adott ízület.

A fejlesztésnek persze széleskörű alkalmazási lehetőségei lehetnek az elektronikus készülékek piacán is. A karbantartást megkönnyítő, öngyógyító rendszerek jöhetnek, és ha sikerül átlátszóvá tenni az anyagot, akkor remélhetőleg önmagukat kijavító képernyők és érintőkijelzők is. 

Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

2. Humbuk
2012.11.12. 17:15
Csak így tovább
Még a végén tényleg lehet terminátor
Márcsak vérezni kell "megtanítani"
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. zoli559
2012.11.12. 17:51
Nem rossz, remélem megérem azt a kort h tudjam is használni
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!