Stachelschweinborsten & Gecko Füße begeistern medizinische Materialien

Velcro® wurde von den Enterhaken Grate inspiriert. Überschall Jets haben Strukturen, die wie die Nasenlöcher des Wanderfalken in einem Tauchgang Geschwindigkeit arbeiten. Ganzkörper-Badeanzügen, nun von den Olympischen Spielen verboten verleihen Athleten eine glatte, stromlinienförmige Form wie Fisch.

Der Natur Designs geben auch Forscher gefördert durch die National Institutes of Health-Ideen für neue Technologien, die helfen könnten, Wunden zu heilen, Injektionen weniger schmerzhaft zu machen und neue Materialien für eine Vielzahl von Zwecken zur Verfügung zu stellen.

Feder-Fähigkeiten

Die Kiele der Urson verfügen über nadelartigen Tipps bewaffnet mit Schichten von 700 bis 800 mikroskopisch kleine Widerhaken. Wie neugierig Hunde und Möchtegern Raubtiere zu entdecken, machen die rückwärts gerichtete Widerhaken es quälend, die Stacheln aus Fleisch zu entfernen.

Wissenschaftler die Fleisch-grabbing Fähigkeit der Federkiele zeigen auf unzähligen Anwendungen. Nehmen Sie wir zum Beispiel die Arbeit von Jeffrey Karp der Harvard University, Brigham and Women es Hospital und das Massachusetts Institute of Technology (MIT) und Harvard/MIT Kollege Robert Langer. Diese Forscher erstellt Datenträger medizinisches Klebeband mit mikroskopisch kleinen Widerhaken imprägniert. Testen sie die Patches als Werkzeuge zu reparieren Hernien oder Operationswunden zu schließen und denke, dass die Festplatten Vorteile gegenüber der Netze und Staples derzeit verwendet haben könnte.

Die gleichen Forscher untersuchten vor kurzem Stachelschweinborsten aus einer völlig anderen Perspektive. Was sie am meisten fasziniert war nicht wie schwer die Kiele sind, zu entfernen, aber wie bereitwillig die Wellen Haut eindringen. Stacheldraht Federkiele Rutsch ins Fleisch sogar leichter als solche mit keine Widerhaken – oder als Injektionsnadeln mit dem gleichen Durchmesser.

Die Wissenschaftler entdeckt, zu ihrer Überraschung, dass eine Feder Punktion macht seine Stacheldraht Tipp kommt. Widerhaken scheint zu funktionieren wie die Punkte auf einem Sägemesser, Druck auf kleine Bereiche eindringen Hilfe konzentrieren. Weil sie deutlich weniger Kraft, um die Haut zu durchbohren erfordern, nicht Stacheldraht Wellen so viel weh, wenn sie Fleisch geben Sie, wie ihre glatte Spitze Gegenstücke.

Der Forscher sind Stacheldraht Stacheln ein Ausgangspunkt für die Gestaltung von Nadeln, die weniger schmerzhafte Injektionen zu liefern. Zu umgehen die stachelige — und schmerzhaften – Problem der Aberkennung der Widerhaken spitzen Nadeln, die Wissenschaftler vermuten, synthetische Widerhaken, die zu erweichen oder degradieren nach der Penetration erstellen oder platzieren von Widerhaken nur auf Bereiche der Nadel wo sie Hilfe Eintrag aber nicht behindern beenden würde.

Gecko-Griff

Geckos können skitter von Wänden und decken entlang, weil ihre Füße mit einer dichten Matte fingerförmige Projektionen bedeckt sind. Jede Projektion, wenige Tausendstel Zoll lang und viele Mal dünner als ein menschliches Haar, endet in einem Büschel von Hunderten von nanoskaligen Fasern genannte Spatulae. Die Spitze eines jeden Spachtel erweitert und flacht zu einem abgerundeten Dreieck, eher wie eine Küche-Spachtel. Zusammen, die nanoskaligen Spatulae erheblich steigern die Kontaktfläche zwischen einem Gecko Fuß und einer Oberfläche.

Mit Eidechse Füße im Auge erstellt Karp und Langer einen biokompatiblen medizinischen Klebstoff, der verfügt über ein Muster von nanoskaligen Säulen um die Kontaktfläche zu maximieren. Das Material kann halten Sie sich an eine Vielzahl von Gewebe-Oberflächen, einschließlich derer, die unregelmäßig sind und ihre Form ändern.

Leider ist das Material nicht klebrig genug, um eine luftdichte, wasserdichte Abdichtung zu erstellen, sodass es von selbst auf die inneren Organe verwendet werden kann. Im Gegensatz dazu vorhandenen medizinischem Kleber kann Wunden versiegeln, fest und schnell, aber es kann auch Gewebereizungen.

Die Wissenschaftler kombiniert die beiden Produkte schaffen eine ideale Lösung: ein Gecko-inspirierte Band mit einer dünnen Schicht Klebstoff beschichtet. Das neue Band passt sich eng an Oberflächen, der Kleber versiegelt kleine Lücken und das gesamte Produkt ist Hautreizung zu den Geweben. Diese Eigenschaften könnte es für Anwendungen wie Blutgefäße reparieren oder Abdichten von Löchern in der verdauungsfördernden Fläche geeignet machen.

Seidige Klebrigkeit

Spinnenseide ist stark (fünfmal stärker als Stahl nach Gewicht), elastisch und leicht. Einige Seide ist klebrig, um Beute zu fangen, und einige ist es nicht, die Spinne entlang huschen zu lassen.

Karp, Langer und ihre postdoctoral Associate Bryan Laulicht versucht, ein weiteres neues medizinisches Produkt mit ähnlichen Eigenschaften zu schaffen – ein biegsam, Peel-off-Kleber, die die darunter liegende Fläche beim Entfernen nicht beschädigen. Diese Art von Band wäre besonders wertvoll für die Aufbewahrung von Schläuchen oder Sensoren auf Menschen mit empfindlicher Haut, einschließlich Neugeborene und ältere Menschen.

Als Referenz wandte sich die Wissenschaftler zunächst an traditionellen medizinischen Band, die wie Haushalt Klebeband gemacht wird, durch die Verbreitung ein klebriger auf ein dünnes Trägermaterial. Aber anstatt die Unterstützung mit Klebstoff sofort Spritzen, die Forscher zunächst einen Silizium-basierten Film angewendet. Dann, mit einem anderen Nicken der Nanoscale Muster auf Gecko-Füße benutzten sie einen Laser eine mikroskopische Gittermuster auf den Film zu ätzen. Schließlich hat sie die klebrige Schicht.

Entlang der Rasterlinien, wo der Laser den Film weggebrannt, die Unterlage berührt den Kleber und das Produkt wirkt genau wie normales Klebeband. In den Bereichen unberührt durch den Laser der Rückhalt schwimmt auf dem Silizium-Film und hebt leicht, hinterlässt eine Schicht Kleber, die entweder natürlich nachlässt oder kann mit leichtem Fingerdruck rollte.

Im Wesentlichen ist das resultierende Produkt etwas klebrigen und nonsticky Bereichen, wie ein Spinnennetz. Es geht weiter leicht, haftet gut und das beste daran, löst sich sanft, auch wenn in einem Notfall schnell gezogen.

Karp ist nicht überrascht, dass Studium der natürlichen Welt Lösungen für medizinische Herausforderungen offenbaren kann. "Ich glaube stark, dass Evolution wirklich der beste Problemlöser ist", sagte er, fügte hinzu, dass wir noch viel zu lernen von der Natur haben.

Erfahren Sie mehr:

Video über Jeffrey Karps Forschung

Auch in dieser Serie:

Natur: Der Master Medizin-Macher

Dieser im Life-Science-Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit dem National Institute of General Medical Sciences, Teil der National Institutes of Health zur Verfügung gestellt.