Новости

Новая искусственная кожа, вдохновленная кальмарами, выдерживает сильный холод и убивает микробы

Новая искусственная кожа, напоминающая кальмаров, выдерживает сильный холод и убивает микробы

Способность кальмара менять цвет кожи в ответ на сложную информацию об окружающей среде привлекала ученых на протяжении десятилетий. Теперь китайские исследователи вдохновились кальмарами, чтобы создать новую искусственную кожу, которая может не только выдерживать сильный холод, но и убивать бактерии и грибки, открывая двери для целого ряда потенциальных применений.

Как и другие головоногие, тропические рыбы и хамелеоны, кальмары обладают периодическими фотонными наноструктурами, позволяющими им менять цвет кожи в ответ на внешние раздражители, а также для маскировки, общения и ухаживания.

У кальмаров есть много тысяч клеток, называемых хроматофорами, прямо под поверхностью их кожи, связанных с их нервной системой. В центре хроматофора находится эластичный мешок, наполненный пигментом. Сокращения мышц контролируют размер хроматофоров, изменяя цвет кожи кальмаров и позволяя им изменять свой узор, чтобы соответствовать близлежащим камням или кораллам. Белки рефлектина, обнаруженные в некоторых разновидностях кальмаров, преломляют свет и отвечают за динамическую пигментацию и радужность животного.

В прошлом исследователи адаптировали этот процесс для создания сохраняющей тепло кожи, разработки устройств, которые отслеживают воздействие солнца и делают клетки человека прозрачными. Теперь, вдохновленные врожденными способностями, присущими коже кальмара, исследователи из Даляньского технологического университета в Китае создали новую гибкую искусственную кожу, которая может противостоять экстремальным температурам и бактериям.

«Биологическая трансформация кожи» информацию об окружающей среде в биоэлектрические сигналы и передает ее в нервную систему для восприятия внешнего напряжения, тактильных ощущений, вибрации, температуры и так далее», — сказал Tech Xplore Венбин Ниу, соответствующий автор исследования. «Помимо биоэлектрических сигналов, в частности, кожа головоногих моллюсков может дополнительно активно воспринимать сложную окружающую среду посредством изменения цвета».

Исследователи имитировали расположение рефлектина в коже кальмара, чтобы создать новую фотонно-ионную кожу, которую они назвали PIskin. Когда PIskin подвергается воздействию внешних раздражителей, таких как поверхность, его фотонная (управляющая светом) наноструктура вызывает быстрое изменение цвета. В то же время ионный транспорт в коже изменяется, что позволяет преобразовывать механические и температурные раздражители в электрические сигналы.

«Вдохновленные меняющей цвет кожей кальмара, мы внедрили фотонные наноструктуры в электронную кожу, значительно обогатив ее сенсорные возможности», — сказал Ню. «Помимо предоставления количественной обратной связи, записи и анализа изменений стимула с помощью электрического сигнала, более сложная информация, такая как местоположение, форма и распределение стимула, также может быть визуально идентифицирована по его цвету».

Желая улучшить свойства кожи, исследователи добавили монолаурат глицерина (GML), соединение с сильными антимикробными свойствами, и полиэтиленгликоль 200 (PEG-200), поверхностно-активное вещество промышленного класса, эмульгатор и моющее средство. GML позволяет PIskin убивать почти все бактерии и грибки, тогда как низкая температура замерзания ПЭГ-200 означает, что кожа может выдерживать низкие температуры, не замерзая, и с меньшей вероятностью высыхает.

Исследователи обнаружили, что кожа работает хорошо. в суровых условиях и с точно измеренной деформацией, давлением и температурой.

Создание PIskin открыло двери для будущих приложений в области носимых медицинских устройств, мягкой робототехники, протезов и человеко-компьютерных интерфейсов. Это также побудило исследователей посмотреть на других животных, меняющих цвет.

«Существует много интересных видов животных с такой способностью менять цвет, — сказал Ню. «В наших следующих работах мы продолжим изучение биологической структуры видов, отличных от кальмаров, и разработаем соответствующую биомиметическую кожу. В конечном итоге эти скины можно будет использовать в носимых устройствах, интерактивных датчиках и других реальных приложениях».

Источник

Нажмите, чтобы оценить статью
[Итого: 0 Среднее значение: 0]

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Кнопка «Наверх»