Учените създали материала за импланти, черпейки вдъхновение от пипалото на калмара, при което има изключително успешен преход от много твърда към много мека тъкан. Изображение: Charles Law
Много медицински импланти трябва да са изградени от твърди материали, които преминават през или се свързват с меките телесни тъкани. Това механично несъответствие може да доведе до нараняване на тъканите.
И тук калмарите излизат на сцената. Върхът на пипалото на калмара е по-твърд от човешките зъби, а основата – мека колкото останалата част на калмара (който не случайно се води мекотело).
Между двата края на пипалото има механичeн градиент, който поглъща натоварването. Така животното може да захапе риба с достатъчно сила, за да счупи костите й, без да нарани собствената си месеста уста.
Изследователите от Университета Кейс Уестърн Ризърв, начело с проф. Стюарт Дж. Роуaн, имитират архитектурата и характеристиките на калмара (например засилване на градиента във водни условия), за да създадат нов вид материали. Изследването е публикувано в сп. Journal of the American Chemical Society. Пипалото на калмара представлява мрежа от хитинови влакна, вградени в система от взаимо-свързани структурни белтъци.
Градиента съществува дори когато пипало-подобния материал е сух, но се увеличава значително, когато е във вода. Проф. Роуан и Джефри Р. Кападона, доцент по биомедицинско инженерство, имат опит с подобни материали – в предишна своя разработка докладват материал, който имитира кожата на морска краставица – мек и еластичен, когато е мокър и твърд и скован, когато е сух.
А как създават пипало-подобен градиент? Изпълват материал с целулозни нанокристали, които имат свойството да се свързват помежду си, когато бъдат изложени на светлина. За да се създаде градиент, единият край на пробата не се излага на светлина, а всяка следваща част се подлага на все повече светлина.
Както и при пипалото, градиентът е по-остър, когато материалът е мокър. Това е защото водата премахва по-слабите (не-ковалентни) връзки, които се формират, когато материала е сух. Идеята на авторите е, че мократа околна среда в тялото би увеличила градиента по същия начин. Това прави технологията много подходяща за импланти.
Иглите в инсулиновите помпи, металните стентове, поставяни в кръвоносните съдове и електродите, вкарвани в мускули или мозъка, могат да са по-безопасни и по ефективни, ако материалите могат да са твърди там, където трябва да са такива, но по-меки в останалата си част, за да не се нараняват околните тъкани.
Изследователите в момента работят върху следващата генерация от материали, използвайки нови стратегии, за да направят още по-остър градиент. Върхът на пипалото на калмара е 100 пъти по-твърд от най-меката му част, а учените засега са успели да постигнат само пет пъти по-твърд връх. (Източник: Университет Кейс Уестърн Ризърв)
