Merimakkarasta inspiroitua e-ihoa ja Skin-on-chip -siru

Pehmeät elektroniset materiaalit, jotka pystyvät välittämään sähköisiä signaaleja ja kestämään samalla mekaanista muodonmuutosta, ovat välttämättömiä puettaville antureille, pehmeille roboteille ja ihmisen ja koneen rajapinnoille.

Kiinan elektroniikkatieteen ja -tekniikan yliopiston (UESTC) professorin Linbo Zhangin johtama tutkijaryhmä on nyt kehittänyt merimakkarasta inspiroituneen ionotronisen hydrogeelin, joka voittaa nämä rajoitukset.

Merimakkarat, meressä elävät piikkinahkaiset, jotka tunnetaan huomattavasta vaurionsietokyvystään, omaavat polypeptidiketjuista rikastetun seinämän, jossa on lukuisia vetysidosten luovuttajia ja vastaanottajia, jotka voivat palautuvasti muodostaa ja katkaista vetysidoksia.

Tämän hierarkkisen arkkitehtuurin ja merimakkarakudoksen ionidynamiikan inspiroimana tutkijat suunnittelivat AETC-hydrogeelin yhdistämällä ionisen monomeerin tanniinihappoon, luonnolliseen vetysidoksia muodostavaan aineeseen. Tuloksena oleva hydrogeeliverkosto sisältää palautuvia ionisia sähköstaattisia vuorovaikutuksia ja dynaamisia vetysidosverkostoja, jotka mahdollistavat tehokkaan itsekorjautumisen normaaleissa olosuhteissa.

”Tässä työssä esittelemme merimakkarasta inspiroituneen ionotronisen hydrogeelin, joka yhdistää sisäisen adheesion, huoneenlämmössä tapahtuvan itseparantumisen ja rajapintojen kapasitiivisen aistimisen”, sanoo työn vanhempi kirjoittaja Linbo Zhang. ”Reversiibelit ioniset vuorovaikutukset ja dynaamiset vetysidokset mahdollistavat tehokkaan itseparantumisen ja vahvan adheesion, kun rajapintojen paineen mukainen kontaktimuutos mahdollistaa herkän kapasitiivisen signaalinsiirron.”

Iberian Nanotechnology Laboratoryn tutkijat yhteistyökumppaneineen ovat puolestaan kehittäneet Skin-on-chip sirun, joka jäljittelee tarkasti ihmisen ihoa ja tarjoaa realistisemman tavan tutkia, miten nanopartikkelit ovat vuorovaikutuksessa kehomme ensimmäisen suojakerroksen kanssa.

Toisin kuin perinteiset laboratoriomallit (jotka kasvattavat soluja staattisissa olosuhteissa), tämä miniatyyrilaite toimittaa jatkuvasti ravinteita ja poistaa kuona-aineita, luoden uudelleen olosuhteet, jotka ovat paljon lähempänä ihmiskehossa vallitsevia olosuhteita.

Tutkimus osoitti, että alusta toistaa onnistuneesti ihmisen ihon keskeisiä ominaisuuksia, mukaan lukien sen suojatoiminnon. "Yksi tämän alustan eduista on sen modulaarinen rakenne, jonka avulla voimme tutkia joko vain ihon ulkokerrosta (epidermistä) tai koko ihon kattavaa mallia", sanoo tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja Samantha Costa.

Osoittaakseen mallin potentiaalin tutkijat altistivat sen titaanidioksidinanopartikkeleille, joita käytetään yleisesti aurinkovoiteissa ja kosmetiikassa. He havaitsivat muutoksia ihon suojakerroksen eheydessä, solujen aineenvaihdunnassa ja tulehdusvasteissa, mikä osoittaa, että iho-siru-malli pystyy luotettavasti havaitsemaan, miten nanopartikkelit vaikuttavat ihmisen ihoon.

Tarjoamalla realistisemman ja luotettavamman vaihtoehdon perinteisille laboratoriomalleille tämä iho-siru-alusta voisi parantaa nanomateriaalien turvallisuusarviointia, tukea vaihtoehtojen kehittämistä eläinkokeille ja edistää turvallisempien tuotteiden suunnittelua.

Aiheista aiemmin:

Älyanturi dekoodaa väsymyksen ja stressin kehon signaaleista

Sähköankeriaan biologia inspiroi tehokkaan geeliakun

Henkilökohtainen terveyssiru