Implant jak dziób kałamarnicy

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Chcąc zwiększyć bezpieczeństwo i wygodę stosowania twardych urządzeń medycznych, np. sond, które często przechodzą przez tkanki miękkie, amerykańscy naukowcy skorzystali z nietypowego wzoru - dzioba kałamarnicy. Struktura ta ma charakterystyczną budowę: jej czubek jest twardszy od ludzkiego zęba, a konsystencja postawy przypomina galaretę.

Opisując dziób, naukowcy mówią o gradiencie mechanicznym, w kierunku czubka wzrasta bowiem gęstość sieciowania. Dzięki temu zwierzę może atakować ryby, bo dziob zadziała jak pochłaniacz wstrząsów.

Zespół opracował nanokompozyt, który naśladuje zarówno architekturę, jak i właściwości naturalnego materiału (w oryginale włókna chitynowe są zakotwiczone w sieciowanych białkach strukturalnych). Badacze uważają, że znajdzie on zastosowanie np. w czujnikach glukozy czy protezach kończyn.

Podczas eksperymentu jako wypełniacz wykorzystano nanokryształy celulozowe osłonic (ang. cellulose nanocrystals, CNCs). Jak można wyczytać w artykule opublikowanym na łamach Journal of the American Chemical Society, naukowcy odwołali się do funkcjonalizowania, czyli mocowania wybranych grup organicznych - tutaj grup allilowych. Światło uruchamiało tzw. reakcje thiol-ene - reakcje addycji do podwójnego wiązania - przez co w materiale mającym postać filmu tworzyło się sieciowanie.

W stanie suchym, gdy CNCs silnie ze sobą oddziałują, zaobserwowano tylko niewielki mechaniczny kontrast między usieciowanymi i nieusieciowanymi próbkami. W kontakcie z wodą, która "wyłączyła" niekowalencyjne interakcje nanokryształów, te same filmy zachowywały się jednak zupełnie inaczej.

Aby zwiększyć sztywność w miarę przesuwania się ku czubkowi, Amerykanie dzielili film na segmenty. Część podstawna nie była w ogóle naświetlana, a dalsze fragmenty traktowano coraz większymi dawkami promieniowania UV. Im dłuższa ekspozycja, tym silniejsze sieciowanie.

Obecnie ekipa pracuje nad zwiększeniem gradientu mechanicznego w filmie. O ile bowiem w dziobie kałamarnicy czubek jest 100-krotnie twardszy od najbardziej miękkiej części, o tyle w nanomateriale różnica jest zaledwie 5-krotna.