Porcupine Quills & Gecko Feet Inspire Materiales Médicos

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Los diseños de la naturaleza influyen en los nuevos diseños en muchas industrias.

Velcro® se inspiró en los ganchos de agarre de las rebabas. Los aviones supersónicos tienen estructuras que funcionan como las fosas nasales de los halcones peregrinos en una inmersión rápida. Los trajes de baño de cuerpo entero, ahora prohibidos en los Juegos Olímpicos, brindan a los atletas una forma suave y aerodinámica como el pez.

Los diseños de Nature también brindan a los investigadores financiados por los Institutos Nacionales de la Salud ideas para nuevas tecnologías que podrían ayudar a curar las heridas, hacer que las inyecciones sean menos dolorosas y proporcionar nuevos materiales para una variedad de propósitos.

Habilidades de la canilla

Las púas del puercoespín norteamericano presentan puntas similares a agujas armadas con capas de 700 a 800 púas microscópicas. Como los perros curiosos y los posibles depredadores descubren, las púas que miran hacia atrás hacen que sea agónico quitar las espinas de la carne.

Para los científicos, la capacidad de agarre de la carne de las plumas apunta a innumerables aplicaciones. Tomemos, por ejemplo, el trabajo de Jeffrey Karp de la Universidad de Harvard, el Hospital Brigham and Women's y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y su colega de Harvard / MIT Robert Langer. Estos investigadores crearon discos de cinta médica impregnados con púas microscópicas. Están probando los parches como herramientas para reparar hernias o cerrar heridas quirúrgicas y piensan que los discos podrían tener ventajas sobre las mallas y grapas que se usan actualmente.

Las plumas de puercoespín han brindado a los investigadores nuevas ideas sobre cómo fabricar dispositivos y materiales médicos con las características deseadas.

Las plumas de puercoespín han brindado a los investigadores nuevas ideas sobre cómo fabricar dispositivos y materiales médicos con las características deseadas.

Crédito: Shutterstock

Los mismos investigadores examinaron recientemente las púas de puercoespín desde una perspectiva completamente diferente. Lo que más los intrigó no fue la dificultad de remover las púas, sino la facilidad con que los ejes penetran en la piel. Las púas de púas se deslizan en la carne incluso más fácilmente que las que no tienen púas, o que las agujas hipodérmicas del mismo diámetro.

Los científicos descubrieron, para su sorpresa, que el poder de pinchazo de una pluma proviene de su punta de púas. Las púas parecen funcionar como los puntos en un cuchillo serrado, concentrando la presión en áreas pequeñas para ayudar a la penetración. Debido a que requieren una fuerza significativamente menor para perforar la piel, los ejes de púas no duelen tanto cuando entran en la carne como lo hacen sus contrapartes de punta lisa.

Para los investigadores, las púas de púas son un punto de partida para diseñar agujas que administren inyecciones menos dolorosas. Para evitar el espinoso - y potencialmente doloroso - problema de retirar agujas con punta de púas, los científicos sugieren crear púas sintéticas que se ablanden o degraden después de la penetración, o colocar púas solo en las áreas de la aguja donde podrían ayudar a la entrada pero no dificultar la salida.

Gecko Grip

Los geckos pueden deslizarse por las paredes y caminar a lo largo de los techos porque sus pies están cubiertos con una densa capa de proyecciones similares a los dedos. Cada proyección, unas milésimas de pulgada de largo y muchas veces más delgada que un cabello humano, termina en un mechón de cientos de fibras a nanoescala llamadas espátulas. La punta de cada espátula se ensancha y se aplana en un triángulo redondeado, como una espátula de cocina. Juntas, las espátulas a nanoescala aumentan enormemente el área de contacto entre el pie de un gecko y una superficie.

Con los pies de lagarto en mente, Karp y Langer crearon un adhesivo médico biocompatible que presenta un patrón de pilares a nanoescala para maximizar el área de contacto. El material puede adherirse a una variedad de superficies de tejido, incluidas las irregulares y que cambian de forma.

Desafortunadamente, el material no es lo suficientemente pegajoso como para crear un sello hermético e impermeable, por lo que no puede usarse solo en los órganos internos. En contraste, el pegamento de grado médico existente puede sellar las heridas con fuerza y ​​rapidez, pero también puede causar irritación de los tejidos.

Los científicos combinaron los dos productos para crear una solución ideal: una cinta inspirada en un gecko cubierta con una capa delgada de pegamento. La nueva cinta se ajusta estrechamente a las superficies, el pegamento sella cualquier espacio pequeño y todo el producto no es irritante para los tejidos. Estas características podrían hacerla adecuada para aplicaciones como reparar vasos sanguíneos o sellar agujeros en el tracto digestivo.

Cada parte de una tela de araña es fuerte y elástica, pero solo algunas hebras son pegajosas. Estas características inspiraron a los científicos a diseñar un adhesivo médico que sea más suave para la piel delicada.

Cada parte de una tela de araña es fuerte y elástica, pero solo algunas hebras son pegajosas. Estas características inspiraron a los científicos a diseñar un adhesivo médico que sea más suave para la piel delicada.

Crédito: Hellen Grig, Shutterstock

Pegajosidad sedosa

La seda de araña es fuerte (cinco veces más fuerte que el acero por peso), elástica y ligera. Cierta seda es pegajosa para atrapar a la presa, y otra no permite que la araña se escurra a lo largo.

Karp, Langer y su asociado postdoctoral Bryan Laulicht buscaron crear otro nuevo producto médico con propiedades similares: un adhesivo flexible y desprendible que no daña la superficie subyacente cuando se retira. Este tipo de cinta sería especialmente valiosa para mantener los tubos o sensores en su lugar en personas con piel delicada, incluidos los bebés recién nacidos y las personas mayores.

Para referencia, los científicos inicialmente recurrieron a la cinta médica tradicional, que, al igual que la cinta adhesiva de uso doméstico, se fabrica extendiendo un adhesivo adhesivo sobre un material de soporte delgado. Pero en lugar de rociar el soporte con adhesivo de inmediato, los investigadores primero aplicaron una película a base de silicona. Luego, con otro guiño al patrón de nanoescala en los pies de gecko, utilizaron un láser para grabar un patrón de rejilla microscópico en la película. Finalmente, agregaron la capa pegajosa.

A lo largo de las líneas de la cuadrícula, donde el láser quema la película, el soporte toca el adhesivo y el producto actúa como una cinta adhesiva normal.En áreas no afectadas por el láser, el soporte flota sobre la película de silicona y se levanta fácilmente, dejando una capa de adhesivo que se desgasta de forma natural o puede desprenderse con una ligera presión con los dedos.

En esencia, el producto resultante tiene algunas áreas pegajosas y no pegajosas, como una tela de araña. Se enciende fácilmente, se adhiere bien y, lo mejor de todo, se desprende con suavidad, incluso cuando se tira rápidamente en una situación de emergencia.

Karp no se sorprende de que estudiar el mundo natural pueda revelar soluciones a los desafíos médicos. "Creo firmemente que la evolución es realmente el mejor solucionador de problemas", dijo, y agregó que todavía tenemos mucho que aprender de la naturaleza.

Aprende más:

Video sobre la investigación de Jeffrey Karp

También en esta serie:

Naturaleza: el maestro de medicina-fabricante

Este artículo de Inside Life Science se proporcionó a WordsSideKick.com en cooperación con el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales, que forma parte de los Institutos Nacionales de la Salud.


Suplemento De Vídeo: YIKES! Quilled by a Porcupine!.




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