Umelá koža inšpirovaná kalmárom vydrží extrémny chlad, zabíja mikróby

Autor:: Roman Mališka
Zverejnené:: 21. 4. 2023
Hodnotenie:
Už ste hlasovali.

Schopnosť kalmárov meniť farbu kože v reakcii na zložité environmentálne informácie fascinuje vedcov už desaťročia. Teraz sa čínski vedci inšpirovali kalmármi, aby vytvorili novú umelú kožu, ktorá nielenže odolá extrémnemu chladu, ale dokáže aj zabíjať baktérie a plesne, čím otvára dvere rôznym potenciálnym využitiam.

Podobne ako iné hlavonožce, tropické ryby a chameleóny, aj kalmáre majú periodické fotonické nanoštruktúry, ktoré im umožňujú meniť farbu kože v reakcii na vonkajšie podnety prostredia a na maskovanie, komunikáciu a dvorenie.

Kalmáre majú tesne pod povrchom kože mnoho tisíc buniek nazývaných ako chromatofóry, ktoré sú spojené s ich nervovým systémom. V strede chromatofóru je elastický vak plný pigmentu. Svalové kontrakcie riadia veľkosť chromatofórov, menia farbu kože a umožňujú im meniť ich vzor, aby zodpovedali blízkym skalám alebo koralom. Reflektínové proteíny nachádzajúce sa v určitých odrodách kalmárov lámu svetlo a sú zodpovedné za dynamickú pigmentáciu a dúhovú farbu zvieraťa.

V minulosti výskumníci prispôsobili tento proces tak, aby vytvorili teplo zadržiavajúcu pokožku, vyvinuli zariadenia, ktoré monitorujú slnečné žiarenie a spriehľadnia ľudské bunky. Teraz, inšpirovaní vrodenými schopnosťami prítomnými v koži kalmára, vedci z Dalianskej technologickej univerzity v Číne vytvorili novú, flexibilnú umelú kožu, ktorá odolá extrémnym teplotám a baktériám.

„Biologická pokožka premieňa informácie o životnom prostredí na bioelektrické signály a prenáša ich do nervového systému, aby vnímal vonkajšie napätie, hmatové vnemy, vibrácie, teplotu atď.,“ povedal Wenbin Niu, zodpovedajúci autor štúdie. „Okrem bioelektrických signálov môže najmä koža hlavonožcov ďalej aktívne vnímať zložité prostredie prostredníctvom zmeny farby“.

Výskumníci napodobnili usporiadanie reflektínu v koži kalmára, aby vytvorili novú fotonicko-iónovú kožu, ktorú nazývajú ako PIskin. Keď je koža PIskin vystavená vonkajším stimulom, ako je povrch, jej fotonická (svetlo manipulujúca) nanoštruktúra spôsobí rýchlu zmenu farby. Súčasne sa mení iónový transport v koži, čo umožňuje previesť mechanické a teplotné podnety na elektrické signály.

„Inšpirovaní kožou kalmára, ktorá mení farbu, sme zaviedli fotonické nanoštruktúry do e-kože, čím sme výrazne obohatili jej zmyslové schopnosti,“ povedal Niu. „Okrem poskytovania kvantitatívnej spätnej väzby, zaznamenávania a analýzy zmien stimulov prostredníctvom elektrického signálu je možné pomocou farieb vizuálne identifikovať aj zložitejšie informácie, ako je umiestnenie, tvar a distribúcia stimulu“.

S cieľom posunúť vlastnosti kože ďalej vedci pridali glycerolmonolaurát (GML), zlúčeninu so silnými antimikrobiálnymi vlastnosťami, a polyetylénglykol 200 (PEG-200), priemyselnú povrchovo aktívnu látku, emulgátor a detergent. GML umožňuje koži PIskin zabíjať takmer všetky baktérie a plesne, zatiaľ čo nízky bod tuhnutia PEG-200 znamená, že koža vydrží nízke teploty bez zmrazovania a je menej pravdepodobné, že sa vysuší.

Výskumníci zistili, že umelá koža fungovala dobre v drsných podmienkach a presne merala napätie, tlak a teplotu. Vytvorenie PIskin otvorilo dvere budúcim aplikáciám v oblastiach nositeľných zdravotníckych zariadení, mäkkej robotiky, protetiky a rozhraní človek-počítač. Vedci sa tiež chcú pozrieť na iné zvieratá, ktoré menia farbu.

„Existuje veľa zaujímavých živočíšnych druhov s takouto schopnosťou meniť farby,“ povedal Niu. „V našich ďalších prácach budeme ďalej skúmať biologickú štruktúru iných druhov a vyvinieme zodpovedajúcu biomimetickú kožu. Nakoniec by sa tieto vzhľady dali použiť v nositeľných zariadeniach, interaktívnom snímaní a iných aplikáciách v reálnom svete“.