Паутина, лапки геккона, иглы дикобраза - источник инноваций в медицине
На создание Velcro, текстильной застёжки, разработчиков вдохновили крючки на колючках репейника. Сверхзвуковые самолеты имеют конструкцию носовой части, схожую с клювом сокола во время пикирования вниз. Купальный костюм, закрывающий всё тело пловца (сейчас запрещенный наОлимпийских играх) придает спортсмену плавучесть и делает его похожим на рыбу. Живая природа дает ученым, чьи исследования финансируются Национальны институтом здравоохранения (США), идеи для новых технологий. Они позволяют ранам затягиваться, делают инъекции не такими болезненными и обеспечивают материалом для различных целей, сообщает LiveScience.
Особенности дикобраза
Шкура североамериканского дикобраза состоит из похожих на иглы кончиков, усыпанных 700-800 микроскопическими зазубринами. Вспомните, как любопытная собака или лесной зверек после встречи с дикобразом крутятся волчком, пытаясь избавиться от застрявших колючек?!
Для ученых способность иголок дикобраза впиваться в кожу дает массу полезных идей. Возьмем, к примеру, разработку Джефри Карпа (Jeffrey Karp) - сотрудника Гарвардского университета, клиники Бригама (Бостон) и Массачусетского технологического института (MIT). Карпу помогал коллегу по Гарварду/MIT Роберт Лэнгер (Robert Langer). Эти исследователи создали мотки медицинской клейкой ленты с крошечными зазубринами, и попробовали делать из них повязки для лечения грыжи или ран после хирургического вмешательства. Ученые думают, такие диски намного лучше, чем хирургическая сетка или скобка.
Эти же ученые также решили рассмотреть иголки дикобраза с другой точки зрения. Что их больше всего поразило? Не то, как сложно вытащить иголки, застрявшие в коже, а то, как они проникают в кожу. Иголки с зазубринами проходят легче, чем такие же - без зазубрин, и легче, чем хирургическая игла того же диаметра.
Ученые, к своему удивлению, обнаружили, что дело – в кончике. Иголка дикобраза работает как нож с зазубринами, который, оказывая давление на небольшую площадь, входит в кожу. Так как для проникновения в кожу требуется меньше усилий, зазубрины иголок дикобраза не причиняют боли.
Иголки с зазубринами – это первый этап в создании игл, с помощью которых уколы становятся менее болезненными. Чтобы обойти проблему болевого синдрома, ученые предлагают изготовлять зазубрины из синтетики, для более мягкого проникновения, или расположить зазубрины на кончике иголки.
Хватка геккона
Геккон может быстро бегать по стене или потолку, потому что его лапки покрыты упругими щеточками, похожими на пальцы. Каждая щеточка, длиной в тысячную дюйма и во много раз тоньше, чем человеческий волос, имеет на конце пучок с сотней наномерных волосков, который называют spatulae, «лопатки». По своей форме они, действительно, напоминают кухонную лопатку, широкую, закругленную с одного конца, зауженную – с другого. С помощью «лопаток» лапка плотно прижимается к поверхности.
Взяв за основу строение лапки ящерицы, Карп и Лангер создали клейкий биологически совместимый материал с микроскопическими штырьками для увеличения площади поверхности при контакте. Материал клеится к разным поверхностям и удерживается при изменении формы. К сожалению, материал – водопроницаем, и поэтому непригоден для лечения внутренних органов (в отличие от медицинского клея, которым можно стянуть рану, хотя он вызывает раздражение).
Ученые приняли идеальное решение объединить эти два продукта и создать клейкий бинт с цепляющимися волосками, как у геккона, и тонким слоем клея. Новый бинт плотно прилегает к поверхности, и за счет клея, заполняющего небольшие промежутки, не подвергается смещению. Такие особенности материала найдут применение для восстановления кровеносных сосудов и желудочно-кишечного тракта. alloescort.dk
Паутина
Каждая часть паутины достаточно крепкая и эластичная, но только некоторые паутинки – клейкие. Эта особенность паутины вдохновила ученых на создание материала, более мягкого, подходящего для чувствительной кожи.
Паутина – прочная, тянется и мало весит. Некоторое количество клейких паутинок поймают жертву и позволят пауку сновать туда-сюда.
Карп, Лэнгер и их постдокторант Брайан Лолихт (Bryan Laulicht) разработали новый медицинский продукт с подобными качествами, гибкий, клейкий, и способный легко удаляться без повреждений. Такого вида материал мог бы использоваться для фиксирования трубок или датчиков на теле людей с чувствительной кожей, новорожденных и пожилых.
Сначала ученые взялись за обычный медицинский пластырь, который имеет с одной стороны тонкое клейкое покрытие. Затем его заменили на пленку с силиконовой основой. С помощью лазера нанесли на пленку схему травления и, наконец, добавили клейкий слой. Получился материал, где продольные участки – клейкие, как обычный пластырь. А силиконовое покрытие позволило удалить или скатать материал легким нажимом пальца.
Готовый материал имеет разные участки, клейкие и неклейкие, как паутина. Он легко ложится, хорошо клеится, и, что лучше всего, быстро сдергивается в неожиданных ситуациях.
Карп не удивлен, что изучение мира природы позволяет найти решения, которые лучше всего подходят для конкретной медицинской проблемы. Он очень верит в эволюцию, которая способна подсказать любое решение. Сколько ещё полезного может нам дать мир природы!
Анжелика Соколова nauka21vek.ru
Материалы по теме:
Рыбы-прилипалы вдохновляют на создание новых клеящих материалов
Паутина, панцирь моллюска, клюв тукана: природа вдохновляет инженеров на создание новых материалов