Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Sztuczna skóra reaguje na krem tak, jak naturalna
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Medycyna
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy wyprodukowali sztuczną skórę, która jest bardzo wrażliwa na dotyk. Taka powłoka znajdzie zastosowania zarówno w medycynie, gdzie posłuży do tworzenia protez ze zmysłem dotyku czy narzędzi chirurgicznych dających lekarzowi znacznie większą kontrolę nad przebiegiem operacji, jak i w robotyce, gdyż dzięki niej powstaną roboty zdolne do manipulowania niezwykle delikatnymi rzeczami.
Jedna z propozycji sztucznej skóry powstała na Stanford University, gdzie na bazie elektroniki organicznej skonstruowano powłokę 1000-krotnie bardziej czułą niż ludzka skóra. Druga to dzieło naukowców z University of California w Berkeley, w której zastosowano nanokable.
Głównym twórcą skóry z Uniwersytetu Stanforda jest profesor inżynierii chemicznej Zhenan Bao. Jego powłoka bardzo szybko reaguje na zmiany ciśnienia, jest w stanie wykryć bardzo małe i bardzo lekkie obiekty, takie jak ziarnko piasku czy owad. "Skóra" Bao została wyprodukowana z poli(dimetylosiloksanu). Materiał ten jest w stanie przechowywać ładunek i zdolność ta jest związana z jego grubością. Prace nad wykorzystaniem PDMS są prowadzone od dawna, jednak główną wadą poli(dimetylosiloksanu) jest długi czas powrotu molekuł polimeru do pierwotnego ułożeniu po zwolnieniu wywieranego nań nacisku. Bao poradził sobie z tym pokrywając go mikrowłóknami, które szybko się zginają i prostują, dzięki czemu możliwe są błyskawiczne pomiary wywieranego nacisku. Włókna zwiększyły też czułość materiału. O ile ludzka skóra jest w stanie wyczuć nacisk rzędu kilopascala, to powłoka Bao wyczuwa różnice 1 pascala. Obecnie główną słabością rozwiązania Bao jest fakt, że do pracy "skóra" potrzebuje wysokiego napięcia.
Taki problem nie występuje w powłoce zaproponowanej przez Alego Javeya, profesora inżynierii elektrycznej i nauk komputerowych na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. Javey stworzył skórę złożoną z szeregu tranzystorów połączonych nanokablami. Tranzystory umieszczono pod powłoką z przewodzącej gumy zawierającej nanocząsteczki węgla. Nacisk wywierany na gumę wywołuje zmiany w oporności, które są wykrywane przez tranzystory. Taka architektura wymaga napięcia mniejszego niż 5 woltów, podczas gdy rozwiązanie Bao działa przy 20 woltach.
Obie propozycje są dość łatwe w produkcji i skalowalne. Co prawda naukowcy przedstawili powłoki o powierzchni od kilkunastu do 50 centymetrów kwadratowych, ale ich wielkość była ograniczona tylko narzędziami dostępnymi w ich laboratoriach.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Piasek kojarzy się z plażą czy budową domu, okazuje się jednak, że ditlenek krzemu, bo tak brzmi jego chemiczna nazwa, przyda się też kosmetologom i farmaceutom. Badacze z Australii Południowej opatentowali bowiem metodę uzyskiwania trwalszych kosmetyków i kremów kontrolujących dostarczanie przez skórę leków na bazie właśnie nanocząstek krzemionki. Obecnie zespół szuka możliwości komercjalizacji swojego wynalazku.
By uzyskać emulsje wykorzystywane w wielu produktach kosmetycznych i terapeutycznych, posługujemy się specjalnie zaprojektowanymi nanocząstkami krzemionki – tak małymi, że na przekroju włosa zmieściłoby się ich ok. tysiąca – tłumaczy dr Nasrin Ghouchi-Eskandar z Instytutu Badawczego Iana Warka na Uniwersytecie Australii Południowej. Jej projekt został nagrodzony na organizowanej przez Muzeum w Melbourne imprezie Fresh Science.
Z emulsjami stykamy się w życiu codziennym bardzo często, nawet o tym nie wiedząc, np. jedząc sałatkę z winegretem czy pijąc mleko. Najczęściej mamy do czynienia z trójskładnikowymi układami woda-olej-surfaktant (substancja powierzchniowo czynna). Surfaktanty są amfifilowe, co oznacza, że rozpuszczają się w dwóch różnych rozpuszczalnikach. Mają końcówkę hydrofilową (lubiącą wodę) i hydrofobową (nielubiącą wody). Na granicy faz tworzą monowarstwy, a w poszczególnych rozpuszczalnikach sferyczne agregaty (micele) z jednym rodzajem końcówki skierowanym ku środkowi, a drugim na zewnątrz.
Pomysł Australijczyków polegał na tym, by zamiast substancji powierzchniowo czynnej zastosować nanocząstki piasku pokrywające krople tłuszczu. Pokrywanie niewielkich kropli krzemionką zwiększa stabilność mieszaniny, a także zmniejsza ryzyko, że zamknięte w środku składniki czynne ulegną degradacji lub zostaną uwolnione wcześniej, niż chcemy, a to dwa największe wyzwania dla naukowców pracujących nad formułami [kosmetyków i leków]. Stosując naszą metodę, stwierdziliśmy, że z klinicznego punktu widzenia, dostarczanie leków można usprawnić, regulując jego uwalnianie za pomocą grubości powłoki.
Uwalnianie może być zarówno szybkie, jak i wolne, a to bardzo istotne, zważywszy, że czasem zależy nam na precyzyjnej lokalizacji dawkowania, a w niektórych przypadkach pozbycie się całego ładunku naraz groziłoby akumulacją związku i efektami toksycznymi.
Okazało się, że nanocząstki krzemionki oddziałują na komórki skóry w taki sposób, że znacząco zwiększa się dostarczanie leków do określonych warstw skóry – mówi Ghouchi-Eskandar. Dzięki nim nie tylko można uzyskać wyższą koncentrację aktywnych składników, ale i ograniczyć przenikalność do krwioobiegu. Zmniejsza to ekspozycję innych części ciała na działanie kosmetyku, a zatem i jego toksyczność.
Co ważne, całość jest także ekonomiczna. Opisane wyżej właściwości ditlenku krzemu sprawiają, że w interesującym nas środku może znajdować się mniej aktywnej substancji niż obecnie, gdyż jest ona skuteczniej dostarczana do celu.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
W zależności od tego, czy ktoś lubi kremy i czy stosuje kosmetyki dobrej jakości, różnie opisuje, jakie są w dotyku i jaka wydaje się skóra po ich zaaplikowaniu: gładka, lepka bądź tłusta. Dla prof. Bharata Bhushana z Uniwersytetu Stanowego Ohio to jednak za mało precyzyjne, dlatego postanowił zbadać, jak krem oddziałuje ze skórą na poziomie nano i co właściwie znaczy, że staje się ona jedwabiście gładka.
Podczas eksperymentów Amerykanie zauważyli, że to, jak opisujemy kremy, czyli stałe lub półpłynne emulsje typu woda w oleju, olej w wodzie lub mieszane, zależy od tarcia powstającego podczas aplikowania, a na nie mają z kolei wpływ prędkość wcierania oraz gęstość kosmetyku.
Kremy zawierają substancje nawilżające i zmiękczające. Do tych pierwszych należy np. higroskopijna gliceryna, która wilgoć z powietrza kieruje do skóry. Zmiękczacze, takie jak oleje mineralne, wypełniają mikroskopijne szczeliny między komórkami, co daje efekt wygładzenia. Wrażenie tłustości zależy od właściwości substancji zmiękczających.
Jak wyjaśnia Bhushan, nakładanie kremu generuje drgania, które są wykrywane przez mózg. Testując zapewniane przez krem wrażenie gładkości, producenci organizują grupy focusowe i wypytują ludzi o doświadczenia związane z kosmetykiem. Z takim podejściem zyskuje się informacje na temat osiągnięć preparatu, ale nadal nie wiadomo, co się tak naprawdę dzieje. Amerykanie badali tarcie po zastosowaniu różnego rodzaju kremów za pomocą mikroskopu sił atomowych. Nie ma w nim elementów optycznych, jest za to skanująca sonda, zwana roboczo dźwigienką lub ostrzem. Przesuwa się ona po próbce, umożliwiając pomiar tarcia. Urządzenie symuluje pojedynczy punkt kontaktu z ciałem i ujawnia typowe dla niego oddziaływania między kremem a skórą.
Bez względu na składniki, kosmetyki gęstsze lub bardziej lepkie powodowały silniejsze tarcie. Jak obrazowo tłumaczy Bhushan, tarcie to wróg gładkości: im większe, tym gorzej. Nie bez znaczenia była też prędkość smarowania. Na wrażenie jedwabistości wpływała w znacznym stopniu temperatura, lecz już nie wilgotność. W przyszłości Bhushan zamierza przeanalizować mechanizm, za pośrednictwem którego kremy zmiękczają skórę.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Od kilku co najmniej lat celem wielu naukowców było stworzenie syntetycznej mazi płodowej (vernix caseosa, VC), czyli tłustej substancji pokrywającej skórę płodów ssaków, w tym człowieka. In utero izoluje ona od płynu owodniowego, a po urodzeniu świetnie nawilża, oczyszcza, działa antybakteryjnie i chroni przed działaniem wolnych rodników. Wreszcie próby się powiodły i udało się uzyskać preparat o identycznej budowie i właściwościach, który będzie można wykorzystać w leczeniu różnych chorób skóry, a także podczas pielęgnacji wcześniaków.
Prof. Joke Bouwstra jest specjalistką ds. bariery skórnej i jej syntezy na Uniwersytecie w Lejdzie. Współpracowała ona z Robertem Rißmannem. Zauważają oni, że jak każdy dobry krem nawilżający VC składa się głównie z wody. Znajdują się w nim również inne dokładnie odmierzone składniki – dokładnie po 10% tłuszczów i martwych komórek skóry (korneocytów).
W odniesieniu do lipidów naukowcy zastosowali dyfrakcję rentgenowską. Przeprowadzono ją w Europejskim Ośrodku Synchrotronu Atomowego w Grenoble. Dzięki temu można było określić proporcje poszczególnych składników, w tym złożonych cząsteczek różniących się długością łańcucha. Korneocyty oglądano pod mikroskopem elektronowym. W ten sposób ustalono ich wielkość, kształt i zawartość wody.
By odtworzyć maź płodową, nie wystarczyło badanie poszczególnych składników. Trzeba było zwrócić uwagę na organizację gotowej vernix caseosa. Oto wyniki. Cząsteczki tłuszczów przypominają kształtem lizaki, gdzie okrągły koniec wykazuje właściwości hydrofilowe, a "patyczek" staje się hydrofobowy. W VC występują lipidy o różnej długości, których uformowanie zmienia się w zależności od temperatury. Rißmann i Bouwstra wyjaśniają, że odzwierciedla to różne funkcje mazi płodowej. Mikroskop wykazał, że korneocyty tkwią pomiędzy domenami lipidów.
Znając budowę mazi płodowej, naukowcy zabrali się za jej odtwarzanie. Wykorzystali lanolinę i wyizolowali z niej tłuszcze, które w największym stopniu przypominały składniki VC. Korneocyty syntetyzowano na Uniwersytecie w Utrechcie. Po zmieszaniu preparat wyglądał pod mikroskopem optycznym i podczas dyfrakcji rentgenowskiej tak samo, jak jego naturalny odpowiednik. Nadal można było jednak manipulować zawartością wody itp. Poszczególne wersje kremu przeszły testy przedkliniczne. Okazało się, że bariera niedorozwiniętej skóry odnawiała się po zastosowaniu syntetycznej mazi płodowej szybciej.
Maź płodowa zaczyna się tworzyć ok. 20. tygodnia ciąży, lecz w miarę zbliżania terminu porodu ilość oleistej substancji się zmniejsza. To dlatego wcześniaki są pokryte grubą warstwą mazi, a u dzieci przenoszonych pozostaje jej bardzo mało. Uważa się, że ta białożółta substancja pomaga w przesuwaniu malucha przez kanał rodny.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Jednym z ważniejszych wątków badań związanych z robotami jest nadanie maszynom jak największej liczby cech ludzkich. Mechaniczni pupile naukowców mają nie tylko wyglądać jak my, ale też widzieć, słyszeć czy czuć. Część badaczy zapomniała jednak, że podobne możliwości przydałyby się również osobom niepełnosprawnym. Sytuacja ta może ulec poprawie dzięki sztucznej skórze dla protez. W ramach programu prowadzonego przez amerykańską agencję DARPA opracowywane są zmechanizowane protezy, które umożliwiają odczuwanie dotyku, temperatury a nawet położenia sztucznych kończyn. Co więcej, naukowcy uczestniczący w tych pracach nie zajmują się jedynie teorią – istnieje już działający prototyp podobnej protezy. Korzystający z niego Jesse Sullivan (niepełnosprawny pozbawiony obu rąk) potrafi m.in. ułożyć piramidę z plastikowych kubków i wyjąć kartę kredytową z kieszeni. Zwykle do wykonania takich zadań potrzebna jest skoordynowana współpraca mięśni, mózgu oraz receptorów nerwowych. Amerykanie potrafią tego dokonać za pomocą sztucznej ręki z palcami wyposażonymi w 80 czujników. Kolejna wersja protezy otrzyma znacznie większą liczbę czujników wykonanych z węglowych nanorurek, które zostaną umieszczone w sztucznej skórze, pokrywającej mechaniczne ramię. Owa skóra to w rzeczywistości wytrzymały polimer o właściwościach piezoelektrycznych (co pozwala na pomiar siły nacisku). Nanorurki będą odpowiedzialne za przewodzenie ciepła oraz impulsów elektrycznych, a zarazem wzmocnią strukturę powłoki. Proteza ręki, która ma w pełni zastąpić amputowaną kończynę jest zapowiadana na 2010 rok. Ma być ona mocna i lekka, a co najważniejsze – ma komunikować się bezpośrednio z mózgiem swojego właściciela, wykonując jego polecenia oraz przesyłając "odczuwane" wrażenia.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.