Signaaleja materiaalin ja kehon sisältä

Institute of Science Tokion tutkijat raportoivat, että äskettäin suunniteltu kestävä mekanofori antaa varhaisen varoituksen mekaanisista vaurioista. Lisäksi se kestää samalla lämpöä ja UV-säteilyä, jotka aiemmin aiheuttivat häiriöitä näiden toiminnalle.

Mekanofori on materiaaliin upotettu erityisesti suunniteltu molekyyli, joka reagoi mekaaniseen voimaan (jännitykseen/venymään) ennustettavalla kemiallisella muutoksella, jotka toimivat molekyylianturina vaurioiden paljastamiseksi, korjausaineiden vapauttamiseksi tai materiaalien ominaisuuksien muuttamiseksi sovelluksissa, kuten itsekorjautuvat polymeerit, vaurioiden raportointi ja joustava elektroniikka.

Aiemmat ongelman ylittääkseen Tokion tutkijat yhdistivät laskennallisen kemian tekniikoita lämpö- ja fotokemiallisiin testeihin osoittaakseen, että heidän mekanoforirakenne nimeltä DAANAC pysyy inerttinä ympäristörasituksessa, mutta lähettää selkeän keltaisen signaalin mekaanisesti aktivoituna.

Tämä voisi tasoittaa tietä älykkäille, itseään raportoiville materiaaleille rakentamisessa, liikenteessä ja elektroniikassa.

Tutkijoiden mukaan mahdollisia sovelluksia lähitulevaisuudessa ovat vallankumoukselliset komponentit liikenteessä, infrastruktuurissa ja edistyneessä elektroniikassa, joissa materiaalit voivat kirjaimellisesti ilmoittaa omasta vauriotilastaan valon avulla ennen kuin vakavaa vahinkoa tapahtuu.

Tokion kaupunginyliopiston ja Tokion yliopiston johtama yhteinen tutkimusryhmä on yhteistyössä RIKENin ja Canon Medical Systems Co:n kanssa julkistanut elävän anturinäytön: keinotekoisesti tehdyn ihosiirteen, joka fluoresoi vasteena tietyille biomarkkereille, kuten tulehdukselle.

Kehitetty järjestelmä hyödyntää kehon luonnollista ihon uudistumista tukeakseen pitkäaikaista biomarkkereiden seurantaa tarjoamalla visuaalisen lukeman ilman verinäytteen ottoa.

Sisäisten biomarkkereiden – tulehdusta, stressiä tai sairautta osoittavien proteiinien – seuranta perustuu tyypillisesti verinäytteisiin tai ulkoisesti kiinnitettyihin antureihin, jotka toimivat vain rajoitetun ajan. ”Perinteiset lähestymistavat ovat usein invasiivisia tai tarjoavat tilannekuvan vain kyseisestä ajankohdasta”, toteaa professori Hiroyuki Fujita. ”Tavoitteenamme oli tutkia biologisesti integroitua järjestelmää, joka mahdollistaa jatkuvan tunnistuksen ja intuitiivisen tulkinnan jopa kotona.”

Kun muokattu iho siirrettiin hiiriin, se kiinnittyi ja integroitui toiminnallisesti isäntäkudokseen. Tulehduksen käynnistyttyä siirretty alue säteili vihreää fluoresenssia eli muutti sisäiset molekyylisignaalit ulkoisiksi optisiksi signaaleiksi.

Koska anturi koostuu elävistä epidermaalisista kantasoluista, sitä ylläpidetään ihon luonnollisen uusiutumisen kautta.

”Toisin kuin perinteiset laitteet, jotka vaativat virtalähteitä tai säännöllistä vaihtoa, tätä järjestelmää ylläpitää biologisesti itse keho”, sanoo professori Shoji Takeuchi Tokion yliopistosta. ”Kokeissamme anturin toimivuus säilyi yli 200 päivää, sillä muunnetut kantasolut uudistivat ihoa jatkuvasti.”

Aiheista aiemmin:

Älykkäästi reagoivaa materiaalia   

Printattavia monimolekyylisiä biosensoreita