Слои себя

1 июня 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Эндрю Майерс, Стэнфордский университет

Человеческая кожа удивительна. Он чувствует температуру, давление и текстуру. Он способен растягиваться и пружинить снова и снова. И он обеспечивает барьер между телом и внешними угрозами — бактериями, вирусами, токсинами, ультрафиолетовым излучением и многим другим. Соответственно, инженеры стремятся создать синтетическую кожу. Они воображают роботов и протезы конечностей, которые имеют свойства кожи, не последним из которых является замечательная способность кожи к заживлению.

«Мы достигли того, что мы считаем первой демонстрацией многослойного тонкопленочного датчика, который автоматически выравнивается во время заживления. Это важный шаг к имитации человеческой кожи, которая имеет несколько слоев, которые правильно собираются во время заживления. процесс исцеления», — сказал Крис Купер, доктор философии. кандидат Стэнфордского университета, который вместе с постдокторантом Сэмом Рутом является соавтором нового исследования, опубликованного в журнале Science.

Наслаивание имеет решающее значение для имитации многих качеств кожи. «Он мягкий и растягивающийся. Но если вы его проколете, нарежете или разрежете — каждый слой выборочно заживет сам по себе, чтобы восстановить общую функцию», — говорит Рут. «Как настоящая кожа».

Кожа тоже состоит из слоев. Он только что развил иммунные механизмы, которые восстанавливают ткань с исходной многослойной структурой посредством сложного процесса, включающего молекулярное распознавание и передачу сигналов.

«В настоящей «коже» слои должны перестраиваться естественно и автономно», — говорит Купер.

Рут говорит, что команда под руководством профессора Чженаня Бао из Стэнфордского университета, возможно, сможет создать многоуровневую синтетическую кожу с индивидуально функциональными слоями толщиной каждый микрон, а возможно и меньше. Достаточно тонкий, чтобы стопка из 10 и более слоев была не толще листа бумаги. «Один слой может ощущать давление, другой температуру и третье напряжение», — говорит Рут. Материал различных слоев может быть спроектирован так, чтобы воспринимать тепловые, механические или электрические изменения.

«В 2012 году в журнале Nature Nanotechnology мы сообщили о первой многослойной самовосстанавливающейся синтетической электронной коже», — говорит Бао. «С тех пор во всем мире наблюдается большой интерес к созданию многослойной синтетической кожи». Что отличает их текущую работу, так это то, что слои самораспознаются и выравниваются с аналогичными слоями в процессе заживления, восстанавливая функциональность слой за слоем по мере заживления. Существующие самовосстанавливающиеся синтетические шкуры должны корректироваться вручную — людьми. Даже небольшое смещение слоев может поставить под угрозу функциональное восстановление.

Секрет в материалах. Основа каждого слоя состоит из длинных молекулярных цепей, периодически соединенных динамическими водородными связями, подобными тем, которые удерживают вместе двойную спираль нитей ДНК, что позволяет материалу многократно растягиваться, не разрываясь. Каучук и латекс — два хорошо известных природных полимера, но существует также бесчисленное множество синтетических полимеров. Ключевым моментом является разработка молекулярных структур полимеров и выбор правильной комбинации для каждого слоя — первый слой из одного полимера, второй из другого и так далее.