Вчені створили шкірний покрив, стійкий до сильного холоду та мікробів
Китайські дослідники розробили нову штучну шкіру, натхненну кальмарами, яка здатна витримувати екстремально низькі температури та одночасно проявляти антимікробні властивості.
Натхненням для створення шкіри послужила здатність кальмарів змінювати колір шкіри у відповідь на зовнішні подразники, яка інтригувала вчених протягом багатьох років, пише New Atlas.
Кальмари, поряд з іншими істотами, як тропічні риби й хамелеони, мають фотонні наноструктури, які дають їм змогу змінювати колір шкіри як засіб маскування, спілкування та залицяння. Ця здатність зумовлена наявністю хроматофорів — клітин, розташованих під поверхнею шкіри, що містять еластичний мішечок, наповнений пігментом. Розмір хроматофорів можна контролювати за допомогою м'язових скорочень, що дає змогу кальмарам змінювати колір і малюнок шкіри, щоб злитися з навколишнім середовищем.
Білки рефлектини, виявлені у деяких видів кальмарів, також сприяють динамічній пігментації та райдужному забарвленню шкіри тварин. Розробка цієї нової штучної шкіри має потенціал для широкого застосування.
Раніше вчені успішно адаптували цей процес для створення теплоутримуючої шкіри, пристроїв моніторингу сонячного опромінення та прозорих людських клітин. Тепер, ґрунтуючись на природних здібностях шкіри кальмара, дослідники з Даляньського технологічного університету в Китаї створили новий тип гнучкої штучної шкіри, яка може протистояти екстремальним температурам та бактеріям.
За словами Веньбіна Ніу, автора дослідження, "біологічна шкіра перетворює інформацію про навколишнє середовище на біоелектричні сигнали та передає їх до нервової системи для сприйняття зовнішньої напруги, тактильних відчуттів, вібрації, температури тощо. На додаток до біоелектричних сигналів, зокрема, шкіра головоногих молюсків може додатково активно сприймати складне навколишнє середовище через зміну кольору."
Імітуючи розташування відбивачів у шкірі кальмара, дослідники створили нову фотонно-іонну шкіру під назвою PIskin. При впливі зовнішніх подразників, таких як поверхня, фотонна наноструктура PIskin викликає швидку зміну кольору. Тим часом іонний транспорт у шкірі змінюється, що дає змогу перетворювати механічні та температурні стимули в електричні сигнали.
За словами Ніу, "крім забезпечення кількісного зворотного зв'язку, реєстрації та аналізу змін стимулу за допомогою електричного сигналу, складніша інформація, як-от розташування, форма і розподіл стимулу, також може бути візуально ідентифікована за допомогою його кольору".
Щоб ще більше розширити можливості шкіри, дослідники додали гліцерил монолаурат (ГМЛ), з'єднання з потужними антимікробними властивостями, та поліетиленгліколь 200 (ПЕГ-200), промислову поверхнево-активну речовину, емульгатор та мийний засіб. Додавання ГМЛ дає змогу PIskin вбивати практично всі бактерії та грибки, а низька точка замерзання ПЕГ-200 дає змогу шкірі переносити низькі температури без замерзання та допомагає запобігти зневодненню.
У суворих умовах шкіра продемонструвала точне вимірювання деформації, тиску та температури.
Розробка PIskin відкрила шлях для потенційного застосування в носяться медичних пристроях, м'якій робототехніці, протезуванні та інтерфейсах людина-комп'ютер. Прорив також підштовхнув дослідників до вивчення інших істот, що змінюють колір.
Читайте також: Знайдено спосіб безболісно вводити ліки через шкіру
Ніу прокоментував: "Існує багато цікавих видів тварин, що мають цю здатність змінювати колір. У наших майбутніх дослідженнях ми маємо намір глибше вивчити біологічні структури інших істот, крім кальмарів, та розробити відповідні біоміметичні шкури. Зрештою, ці шкури можна буде використовувати в портативних пристроях, інтерактивних датчиках, а також в іншій апаратурі".
