Супергеройская кожа. Ученые создали кожный покров, устойчивый к сильному холоду и микробам
Инновационная кожа не только способна выдерживать экстремально низкие температуры, но и обладает мощными антимикробными свойствами, что делает ее идеальным материалом для носимых медицинских устройств.
Китайские исследователи разработали новую искусственную кожу, вдохновленную кальмарами, которая способна выдерживать экстремально низкие температуры и одновременно проявлять антимикробные свойства. Вдохновением для создания кожи послужила способность кальмаров менять цвет кожи в ответ на внешние раздражители, которая интриговала ученых на протяжении многих лет, пишет New Atlas.
В Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и интересные новости из мира науки!
Кальмары, наряду с другими существами, такими как тропические рыбы и хамелеоны, обладают фотонными наноструктурами, которые позволяют им менять цвет кожи в качестве средства маскировки, общения и ухаживания. Эта способность обусловлена наличием хроматофоров – клеток, расположенных под поверхностью кожи и содержащих эластичный мешочек, наполненный пигментом. Размер хроматофоров можно контролировать с помощью мышечных сокращений, что позволяет кальмарам менять цвет и рисунок кожи, чтобы слиться с окружающей средой.
Белки рефлектины, обнаруженные у некоторых видов кальмаров, также способствуют динамической пигментации и радужной окраске кожи животных. Разработка этой новой искусственной кожи имеет потенциал для широкого применения.
Ранее ученые успешно адаптировали этот процесс для создания теплоудерживающей кожи, устройств мониторинга солнечного облучения и прозрачных человеческих клеток. Теперь, основываясь на природных способностях кожи кальмара, исследователи из Даляньского технологического университета в Китае создали новый тип гибкой искусственной кожи, которая может противостоять экстремальным температурам и бактериям.
По словам Вэньбина Ниу, автора исследования, "биологическая кожа преобразует информацию об окружающей среде в биоэлектрические сигналы и передает их в нервную систему для восприятия внешнего напряжения, тактильных ощущений, вибрации, температуры и так далее. В дополнение к биоэлектрическим сигналам, в частности, кожа головоногих моллюсков может дополнительно активно воспринимать сложную окружающую среду через изменение цвета."
Имитируя расположение отражателей в коже кальмара, исследователи создали новую фотонно-ионную кожу под названием PIskin. При воздействии внешних раздражителей, таких как поверхность, фотонная наноструктура PIskin вызывает быстрое изменение цвета. Тем временем ионный транспорт в коже изменяется, что позволяет преобразовывать механические и температурные стимулы в электрические сигналы.
По словам Ниу, "помимо обеспечения количественной обратной связи, регистрации и анализа изменений стимула посредством электрического сигнала, более сложная информация, такая как расположение, форма и распределение стимула, также может быть визуально идентифицирована посредством его цвета".
Чтобы еще больше расширить возможности кожи, исследователи добавили глицерил монолаурат (ГМЛ), соединение с мощными антимикробными свойствами, и полиэтиленгликоль 200 (ПЭГ-200), промышленное поверхностно-активное вещество, эмульгатор и моющее средство. Добавление ГМЛ позволяет PIskin убивать практически все бактерии и грибки, а низкая точка замерзания ПЭГ-200 позволяет коже переносить низкие температуры без замерзания и помогает предотвратить обезвоживание.
В суровых условиях кожа продемонстрировала точное измерение деформации, давления и температуры.
Разработка PIskin открыла путь для потенциального применения в носимых медицинских устройствах, мягкой робототехнике, протезировании и интерфейсах человек-компьютер. Прорыв также подтолкнул исследователей к изучению других существ, меняющих цвет.
Ниу прокомментировал: "Существует много интересных видов животных, обладающих этой способностью менять цвет. В наших будущих исследованиях мы намерены глубже изучить биологические структуры других существ, помимо кальмаров, и разработать соответствующие биомиметические шкуры. В конечном счете, эти шкуры можно будет использовать в портативных устройствах, интерактивных, а также в другой аппаратуре".
Ранее Фокус писал про умную кожу, которая научилась чувствовать. Она обладает такими же сенсорными способностями, как и человеческая.