Camadas de si

1º de junho de 2023

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por Andrew Myers, Universidade de Stanford

A pele humana é incrível. Ele detecta temperatura, pressão e textura. É capaz de se esticar e voltar, uma e outra vez. E fornece uma barreira entre o corpo e ameaças externas - bactérias, vírus, toxinas, radiação ultravioleta e muito mais. Os engenheiros estão, portanto, ansiosos para criar pele sintética. Eles imaginam robôs e membros protéticos que têm qualidades semelhantes à pele – uma das quais é a notável capacidade de cura da pele.

"Conseguimos o que acreditamos ser a primeira demonstração de um sensor de filme fino multicamada que se realinha automaticamente durante a cicatrização. Este é um passo crítico para imitar a pele humana, que tem múltiplas camadas que se remontam corretamente durante o processo de cicatrização. processo de cura", disse Chris Cooper, Ph.D. candidato da Universidade de Stanford que, juntamente com o pesquisador de pós-doutorado Sam Root, é co-autor de um novo estudo publicado na Science.

As camadas são essenciais para imitar as muitas qualidades da pele. "É macio e elástico. Mas se você perfurá-lo, cortá-lo ou cortá-lo - cada camada se curará seletivamente para restaurar a função geral", diz Root. "Assim como a pele real."

A pele também é formada por camadas. Ele acaba de desenvolver mecanismos imunológicos que reconstroem o tecido com a estrutura original em camadas por meio de um processo complexo envolvendo sinalização e reconhecimento molecular.

"Com a verdadeira 'pele', as camadas devem se realinhar de forma natural e autônoma", diz Cooper.

Root diz que a equipe, liderada pelo professor Zhenan Bao, da Universidade de Stanford, pode ser capaz de criar uma pele sintética de várias camadas com camadas individualmente funcionais tão finas quanto um mícron cada, talvez menos. Fino o suficiente para que uma pilha de 10 ou mais camadas não seja mais espessa do que uma folha de papel. "Uma camada pode sentir pressão, outra temperatura e ainda outra tensão", diz Root. O material de diferentes camadas pode ser projetado para detectar mudanças térmicas, mecânicas ou elétricas.

"Relatamos a primeira pele eletrônica sintética auto-reparadora multicamadas em 2012 na Nature Nanotechnology", diz Bao. “Desde então, tem havido muito interesse em todo o mundo na busca de peles sintéticas multicamadas”. O que diferencia seu trabalho atual é que as camadas se auto-reconhecem e se alinham com camadas semelhantes durante o processo de cura, restaurando a funcionalidade camada por camada à medida que cicatrizam. As peles sintéticas auto-recuperáveis ​​existentes devem ser realinhadas manualmente - por humanos. Mesmo um leve desalinhamento nas camadas pode comprometer a recuperação funcional.

O segredo está nos materiais. A espinha dorsal de cada camada é formada por longas cadeias moleculares conectadas periodicamente por pontes dinâmicas de hidrogênio, semelhantes àquelas que mantêm unidas as duplas hélices de DNA, que permitem que o material se estique repetidamente sem se romper. A borracha e o látex são dois polímeros naturais bem conhecidos, mas também existem inúmeros polímeros sintéticos. A chave é projetar estruturas moleculares de polímeros e escolher a combinação certa para cada camada – a primeira camada de um polímero, a segunda de outro e assim por diante.