Výskumníci z MIT vyvinuli lepiacu systém založený na štruktúre prísavky prísavky, ktorý pevne priľne k mäkkým povrchom – aj pod vodou – po dlhú dobu.
- Lepidlo inšpirované prísavkami je účinné vo vlhkých a dynamických podmienkach.
- Je schopné priľnúť k mäkkým tkanivám tráviaceho traktu.
- Dlhodobé uvoľňovanie liekov a gastrointestinálnych senzorov.
- Využitie v ekológii: monitorovanie živých rýb.
- Biologicky inšpirovaná technológia bez motorov a vonkajšieho zdroja energie.
Lepidlo inšpirované prísavkou, ktoré priľne k mäkkým povrchom aj pod vodou
Tím inžinierov z MIT v spolupráci s lekárskymi a vedeckými inštitúciami v Bostone vyvinul mechanické lepidlo inšpirované prísavkou, ktoré s úžasnou účinnosťou priľne k žralokom a iným morským živočíchom. Tento inovatívny systém s názvom MUSAS (mechanický systém mäkkého podvodného priľnavosti) preukázal svoju schopnosť spoľahlivo a stabilne priľnúť k mäkkým a vlhkým povrchom aj v tak náročných podmienkach, ako sú vnútorné orgány tráviaceho systému alebo pohybujúce sa vodné prostredie.
Konštrukcia, ktorá s chirurgickou presnosťou napodobňuje prírodu
Kľúčom k fungovaniu zariadenia je napodobňovanie prísavky ryby prísavky, anatomická štruktúra, ktorá kombinuje prísavku s komorami, radmi šikmých platničiek a drobnými výstupkami nazývanými tŕne. Táto kombinácia zaisťuje stabilné priľnutie bez poškodenia tkanív. Namiesto toho, aby sa spoliehal na motory alebo chemické lepidlá, systém vytvára pasívnu mechanickú adhéziu založenú na geometrickej konštrukcii a inteligentných materiáloch reagujúcich na telesnú teplotu.
Inžinieri dokázali reprodukovať najúčinnejšie vzory platničiek, ako napríklad u Remora albescens, druhu, ktorý sa pripája k mäkkým povrchom, ako je ústna dutina rejnokov. Tieto šikmé vzory vytvárajú množstvo mikrovákuových zón, ktoré sa dokážu prispôsobiť nerovným a pohyblivým tkanivám.
Lekárske použitie, ktoré búra bariéry
Jedným z najväčších problémov v medicíne je udržanie dlhodobého kontaktu zariadení alebo liekov s gastrointestinálnym traktom, kde kĺzavá sliznica, neustála motorika a zmeny pH sťažujú akékoľvek dlhodobé priľnutie. Pomocou MUSAS tím dosiahol nielen účinnú fixáciu na žalúdočnú tkaninu, ale aj predĺžené uvoľňovanie liekov, ako je kabotegravir, antiretrovírusový liek používaný na prevenciu aj liečbu HIV. Zariadenie uvoľňovalo liek počas týždňa, čo môže zmeniť prístup k liečbe v ťažko dostupných miestach.
Okrem toho bol systém schopný dodávať matricovú RNA priamo do epitelu tráviaceho traktu pomocou tepelne citlivých mikroihiel, technológie, ktorá môže uľahčiť vývoj dostupnejších perorálnych vakcín alebo génových terapií.
Na druhej strane, vďaka zabudovaným impedančným senzorom zariadenie umožňovalo kontrolovať gastroezofageálnu refluxnú chorobu (GERD) bez použitia invazívnych sond, čo môže u miliónov ľudí urobiť diagnostiku menej bolestivou a efektívnejšou.
Monitorovanie životného prostredňa bez poškodenia fauny
Okrem medicíny má MUSAS uplatnenie aj v monitorovaní morského prostredňa. Vďaka schopnosti priľnúť k živým rybám bez toho, aby im ublížil alebo zmenil ich správanie, môže zariadenie pomocou zabudovaných senzorov zaznamenávať teplotu, pH a ďalšie premenné v reálnom čase. Táto schopnosť predstavuje cenný zdroj pre štúdium vodných ekosystémov v reálnom čase bez nutnosti lovu alebo zmeny správania zvierat.
Technológia, ktorá reaguje na súčasné výzvy
Univerzálnosť tohto bioinšpirovaného lepidla spočíva nielen v jeho technickej konštrukcii, ale aj v jeho schopnosti riešiť reálne problémy: od priľnavosti k vlhkým a dynamickým povrchom až po lokálne a dlhodobé podávanie liekov, ako aj etické a neinvazívne monitorovanie životného prostredia.
Záujem o biomimetické technológie rastie súbežne s potrebou udržateľnejších riešení, ktoré obmedzujú používanie chemických materiálov a umožňujú vyhnúť sa invazívnym procedúram. Takéto vývojové trendy zodpovedajú súčasným trendom v oblasti verejného zdravia, zdravotníckych technológií a ochrany životného prostredia.
Potenciál
MUSAS je oveľa viac ako len prelom v biomedicíne. Jeho pasívna konštrukcia bez batérií a zložitých mechanizmov otvára cestu k energeticky efektívnym a bezpečnejším technológiám. V podmienkach rastúcej rezistencie voči antibiotikám a dopytu po personalizovaných metódach liečby môžu takéto adhezívne materiály uľahčiť kontrolované uvoľňovanie liekov s menej vedľajšími účinkami a väčšou účinnosťou.
Okrem toho ich použitie v senzoroch okolitého prostredja môže byť integrované do programov monitorovania oceánov, čím prispejú k predpovedaniu klimatických zmien, odhaľovaniu znečistenia alebo monitorovaniu zdravia kľúčových druhov bez poškodenia ich životného prostredia.
V budúcnosti môžu byť zariadenia podobné MUSAS vyrobené z biologicky rozložiteľných alebo recyklovateľných materiálov, čo prispeje k zníženiu ekologického odtlačku zdravotníckej techniky. Môžu sa tiež stať užitočnými pomocníkmi v projektoch sanitárnej čistenia, v ktorých ponorné senzory budú nepretržite detekovať mikroorganizmy alebo toxické látky.
