Pelenkázáshoz már jól jöhet a mesterséges bőr

Dél-koreai kutatók meglepően élethű mesterséges bőrt hoztak létre, mely a természetes bőrfelület minden eddiginél több tulajdonságát egyesíti magában.

Az elvesztett végtagok pótlására már igen fejlett megoldások ismeretesek, van köztük olyan is, amelyet birtokosa gondolataival irányíthat. Azonban a művégtagok így is voltaképpen csak használati tárgyak, melyek nem “éreznek”, és nem közvetítik a külvilág ingereit az agyba.

Ahhoz, hogy ezen a helyzeten változtassanak, az egyik legfontosabb lépés olyan mesterséges bőr létrehozása, mely kellően rugalmas, hogy tudja követni egy kifinomult művégtag mozgásait, az emberéhez hasonlóan érzi a környezet ingereit, hőmérsékletét és nedvességtartalmát, valamint képes kommunikálni az emberi idegrendszerrel. Utóbbi sajnos még csak álom, de az első két területen komoly eredményeket értek el a dél-koreai kutatók, akik a minap a Nature Communicationsben számoltak be az új “műbőr” erényeiről.

Így fest a mesterséges bőr egy műkézen Forrás: Kim et al./Nature Communications

Meglepően rugalmas

A mesterséges bőr alapja a mindenki által ismert dimetil-polisziloxán, mellyel nagy valószínűséggel találkozunk, ha olyasvalamit vásárolunk, aminek a neve “szilikonnal” kezdődik. Ebből az anyagból nem volt nehéz olyan mesterséges bőrt előállítani, mely elviseli a kéz mozgásaiból adódó nyúlást és összehúzódást. Az izgalmasabb feladat az volt, hogy az érzékelőket is úgy tervezzék meg, hogy kibírják és érzékeljék ezeket az erőhatásokat.

A megoldást szilícium nanoszalagok jelentették, melyek alakját úgy tervezték meg, hogy a különféle jellemző alakváltozásnak kitett helyeken - a csuklónál például sokkal nagyobb mozgásokra lehet számítani, mint az ujjbegyeknél - megfelelő érzékenységet mutassanak a nyúlásra és az összehúzódásra. Az érzékelt adatokból e nanoszalagokban elektromos impulzusok keletkeznek - ezek felelnek meg az emberi bőrben a receptorokból származó ingerületeknek.

Sokoldalú nanoszalagok

A nanoszalagrendszer képes a nyomás, valamint a hőmérséklet érzékelésére is. Ez utóbbi csak úgy adhat az emberi bőrhöz hasonló érzetet, ha hőméreséklete is megegyezik azzal. Az emberi testhő utánzására szolgál a mesterséges bőr legalsó, fűtőszálakból álló rétege.

Középen helyezkedik el korábban már említett nyomás-, alakváltozás- és hőmérsékletérzékelő réteg, a mesterséges bőr felszíne pedig képes érzékelni a környezet nedvességtartalmát is, méghozzá apró kondenzátorokkal, melyek kapacitása a környezetből felszívódó nedvesség hatására megváltozik, amiből hasznos adatok nyerhetők.

Pelenkaellenőrzésre már tökéletesen alkalmas Forrás: Kim et al./Nature Communications

A kutatók egy való életbeli szituációval próbálták szemléltetni találmányuk működését, és egy játékbabára húztak száraz, majd nedves pelenkát - és láss csodát: a műbőrrel bevont műkéz pontosan érzékelte, mikor érkezett el az idő lecserélni a pelust.

A babát a mesterséges bőr fűtőszálrendszerének tesztelésére is felhasználták: így ellenőrizték, képes-e stabilan tartani az emberi test hőmérsékletét. A kismamák legnagyobb örömére a kísérlet ezúttal is sikerrel zárult, és megnyugodhatnak, hogy a műbőrrel bevont műkéz nem hűl ki csak úgy, és bármikor segít 36 fokosra felmelegíteni egy csecsemőt, ha annak teste történetesen szobahőmérsékletű. (A baba feltehetően egyszerűen kéznél volt a kutatók számára, bármilyen más, jellemzően szobahőmérsékletű, nem túl nagy hővezető képességű tárgy is megtette volna.)

Ilyen nyomot hagy a mesterséges bőr egy szobahőmérsékletű mesterséges csecsemő hőképén Forrás: Kim et al./Nature Communications

A patkány már érzi

A végcél persze az lenne, hogy a mesterséges bőr embereken segítsen - egy ilyen anyagba bugyolált robotkéz már nagy biztonsággal tapintaná ki a nedves pelenkát vagy a hőemelkedést -, ehhez pedig biztos kapcsolatot kellene létrehozni az érzékelők és az agy között. Patkányok esetében már sikerült kimutatni a nyomásérzékelők jeleinek megfelelő aktivitásokat az agyban, azonban az emberi alkalmazás még távolinak tűnik, ugyanis az idegi összeköttetést biztosító nanoméretű platinaszálak és cérium-oxid nanorészecskék bekerülhetnek a véráramba, illetve gyulladást okozhatnak, és elpusztíthatják a kapcsolódó idegsejteket.