Larruazal biologikoa eta bere funtzioak imitatzen dituen 'e-Skin'

"Azala elektroniko" moldagarri, autosendagarri eta guztiz birziklagarria den mota berri baten aurkikuntzak aplikazio zabalak ditu osasunaren monitorizazioan, robotikan, protesietan eta gailu biomediko hobetuetan.

Science Advances aldizkarian argitaratutako ikerketa batek azal elektroniko (edo, besterik gabe, e-azal) berri bat erakusten du, propietate ugari dituena, besteak beste, moldagarritasuna, auto-sendatzea eta birziklagarritasun osoa duena, giza azalarekin alderatuta ^1. Azala, gure organorik handiena, kanpotik ikusten den estalki mamitsua da. Gure azala organo oso polifazetikoa da, ezkutu iragazgaitz eta isolatzaile gisa jokatzen duena eta gure gorputza kanpoko arrisku edo faktore askotatik babesten duena, adibidez, eguzki kaltegarriarengandik. Azalaren funtzio batzuk hauek dira: gorputzaren tenperatura erregulatzea, gorputza substantzia toxikoen sarreratik eta substantzia toxikoen kanporatzetik babestea (izerdiarekin batera), laguntza mekanikoa eta immunologikoa eta gure hezurrentzat oso garrantzitsua den D bitaminaren ekoizpena . Azala sentsore erraldoia ere bada, nerbio ugari dituena garunarekin berehala komunikatzeko.

Mundu osoko ikertzaileak " e-skin jantzigarrien" mota eta tamaina desberdinak garatzen ari dira lanean, azal biologikoa eta haren funtzio desberdinak imitatzeko helburuarekin . Giza azal bigun eta kurbilinioarekin integrazio ezin hobea lortzeko gailu malgu eta luzagarrien behar handia dago. Nanoeskalako ( ^10-9 m) materialek beharrezko aldakortasun mekaniko eta elektrikoa eman dezakete, lehen erabili ohi zen silizio zurruna ordezkatuz. Coloradoko Unibertsitateko (Boulder, AEB) Jianliang Xiao doktoreak zuzendutako taldeak azal elektroniko artifizial bat (e-skin) garatu du arrakastaz, giza azalaren ukimen sentsoriala robot eta protesietara itzultzeko helburuarekin. Saiakera hau etorkizunean "jantzigarri" den teknologia bat izateko norabidean doa, medikuntza, zientzia eta ingeniaritza arloetan potentzial eta balio handia izango lukeena.

E-azala: autosendagarria eta birziklagarria

E-azala material mehe eta zeharrargi bat da, poliimina izeneko lotura kobalentedun polimero sare dinamiko mota berri bat duena , zilarrezko nanopartikulekin lotua, erresistentzia mekanikoa, egonkortasun kimikoa eta eroankortasun elektrikoa hobetzeko. E-azal honek sentsoreak ere baditu txertatuta presioa, tenperatura, hezetasuna eta aire-fluxua neurtzeko. E-azal hau nabarmentzat hartzen da giza azalaren imitazio hurbilagoa egiten duten ezaugarri asko dituelako. Oso moldagarria da eta erraz jar daiteke gainazal kurbatuetan (adibidez, giza besoetan eta hanketan, esku robotikoetan) bero eta presio moderatua aplikatuz, tentsio gehiegirik sartu gabe. Auto-sendatzeko propietate harrigarriak ditu, kanpoko zirkunstantzia batek eragindako edozein ebaki edo kalteren ondoren, e-azalak bi alde bereizien arteko lotura kimikoak birsortzen baititu, matrizea bere funtzionaltasun egokia berreskuratuz eta bere jatorrizko lotura-egoerara itzuliz.

Edozein zirkunstantzia dela-eta e-skin hori erabilezin bihurtzen bada, guztiz birziklatu eta berri-berria den e-skin bihurtu daiteke, lehendik dagoen e-skin materiala "likidatzen" duen birziklapen-soluzio batean jarriz eta "azala" bihurtzen duena. berria” e-skin. Birziklatze-soluzio honek - etanolean komertzialki eskuragarri dauden hiru konposatu kimikoren nahasketak - polimeroak degradatzen ditu eta zilarrezko nanopartikulak disoluzioaren hondoan hondoratzen ditu. Polimero degradatu hauek berriro erabil daitezke e-skin funtzional berria egiteko. Giro-tenperaturan lor daitekeen autosendatze eta birziklagarritasun hori erabilitako polimeroaren lotura kimikoari dagokio. Poliiminaren sare polimerikoaren abantaila da itzulgarria dela eta hautsi eta birzikla daitekeela ohiko termostato-material gehienek ez bezala, zeinak ezin diren birmoldatu edo birprozesatu edo birzikla daitezkeen sare polimeriko gurutzatuetan dauden lotura itzulezinak direlako. Hau giza azala bera baino sendoagoa da eta ordezko baino gehiago hobetzeko erabil liteke. Ukitzea ere atsegina da eta ia benetako azala bezala sentitzen da, etorkizunean estaltzeko agente gisa litekeena, esate baterako, gailu elektronikoak.

E-azalaren propietate ekologiko eta merkeak goraipatu egin dira, eta e-azal horrek asko murriztu ditzake hondakin elektronikoak eta ingurumen-inpaktua, eta oso erabilgarria eta ezaguna izan daiteke hainbat arlotako fabrikatzaileen artean. Momentuz urrunekoa dirudien arren, berrerabilpen-teknologia hau antzeko eran aplika liteke elektronika zaharreko elementuetan ere. Izan ere, gaur egungo fitness trackerrak eta osasun monitoreak, hondatuta daudenean, hondakin elektronikoen mendi gero eta handiagoari gehitzen zaizkio ingurumenarekin lotutako arazoak. E-azala lepoan edo eskumuturretan eraman genezake, eta hauek jantzi malguak edo tatuaje aldi baterakoak izan litezke, eta hondatzen direnean birziklatu eta berrerabili daitezke. E-azala malgua denez, tolestu eta bihurritu daiteke, eta erabiltzailearen arabera pertsonalizatu daiteke. Teknologiak robotika adimendunerako bideak irekitzen ditu , non ukimen atsegina eta erosoa den azal elektroniko bat robot baten edo gorputz-adar artifizial baten inguruan bildu daitekeen. Zehatzago esanda, azal elektroniko honetan bildutako beso edo hanka protetiko batek erabiltzaileari tenperatura eta presio aldaketei erantzuteko aukera eman diezaioke, bertan sartutako sentsore anitzei esker. Horrelako "e-skin" batekin hornitutako robot beso edo hankek robotak gizakiekin leunagoago joka dezakete eta seguruagoak eta fidagarriagoak izan daitezke. Adibidez, "e-skin" bat haurtxo edo adineko hauskor bat maneiatzen duen robot bati egokitu dakioke bereziki, eta horrela robotak ez du indar gehiegi aplikatuko. "E-skin"-aren beste aplikazio bat ingurune arriskutsuetan edo arrisku handiko lanetan egon daiteke. Sinesgarria da teknologia hau botoi, kontrol edo ate birtualekin erabil daitekeela, gizakien interakzio fisikorik gabeko edozein eragiketa ahalbidetuko luketenak, adibidez, lehergailuen industrian edo beste lanbide arriskutsu batzuetan, eta horrela, "e-skin" honek gizakien lesioen aukerak murriztu ditzake.

Pantaila gehitzea e-skin-ari

Tokioko Unibertsitateko ikertzaile talde batek pantaila ² (mikro-LED) bat gehitu berri die ultrameheak diren e-skin adabakiei, osasunaren monitorizazioaren seinale desberdinak denbora errealean bistaratzeko (adibidez, diabetesa duten pertsonen glukosa mailak neurtzea edo bihotzeko paziente baten elektrokardiograma baten uhin-forma mugikorra ). Adabaki hauek kable luzagarria dute eta, beraz, % 45era arte tolestu edo luzatu daitezke erabiltzailearen mugimenduaren arabera. Azken aldiko diseinurik malguena eta iraunkorrena dutela uste da. Gizakien azaleko zelulen etengabeko erorketak esan dezake adabakia egun batzuk igaro ondoren eror daitekeela, baina horri aurre egin dakioke.

Takao Someya irakasleak zuzendutako ikerketa honek dio pantaila hori, azkenean, mediku-informazioa irakurtzeko eta komunikatzeko modu erraz eta errazean erabil daitekeela pazienteentzat ez ezik, familiako kideentzat, zaintzaileentzat eta osasun profesionalentzat ere bai pertsonalki edo baita ere. urrunetik. Mezuak ere jasoko lituzke. Ikertzaileek adabakiaren fidagarritasuna are gehiago hobetzea, errentagarriagoa izatea eta ekoizpena areagotzea mundu osoko hedadura zabalagoa izan dadin. Haien helburua 2020 amaierarako gailu hau merkatuan jartzea da.

Aurrera begira erronkak

E-skin-aren garapena ikerketa oso zirraragarria da, hala ere, gure oinarrizko propietateetako bat - malgutasuna eta luzatze-gaitasuna - oraindik ez du lortu e-skin-ek. E-larruazala leuna da baina ez da giza azala bezain luzagarria. Egileen arabera, dagoen bezala materiala ere ez da oso erraz erreproduzitzen. Birziklatutako/birziklatutako e-larruazaleko gailu batean sentsazio-errendimendu orokorraren murrizketa txiki bat ikusi zen modulu berri batekin alderatuta, hau guztiz zuzendu behar da ikerketa gehiagorekin. E-skinek erabiltzen dituzten eremu magnetikoak ere nahiko handiak dira eta eskalatu egin behar dira. Gaur egun gailua kanpoko iturri batetik elikatzen da eta hori ez da oso praktikoa, baina gailua elikatzeko bateria txiki kargagarriak izatea posible izan beharko litzateke. Xiao doktoreak eta bere taldeak produktu hau findu eta eskalatzeko irtenbidea hobetu nahi dute, gutxienez oztopo ekonomikoak gainditu ahal izateko eta e-larru hori errazagoa izan dadin robot edo protesietan edo gailu medikoetan edo beste edozertan fabrikatzeko eta jartzeko.

***

Iturria (k)

1. Zou Z et al. 2018. Berriro sendatzeko moduko, guztiz birziklagarria den eta moldagarria den azal elektronikoa nanokonposite termoegonkor kobalente dinamiko batek ahalbidetua. Science Advances . https://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508

2. Someya T. 2018. Osasunaren Jarraipen Jarraitua Larruazaleko Sentsore Ultramalguekin. AAAS Urteko Bilera Sinposioa, Austin, Texas, 2018ko otsailaren 17a. https://aaas.confex.com/aaas/2018/meetingapp.cgi/Paper/20827

3. Yokota T. et al. Azal fotoniko organiko ultramalgua. ZIENTZIA AURRERAPENAK. 2016ko apirilaren 15a. 2. liburukia, 4. alea. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.1501856

***