Der Tintenfisch Schnabel Inspires sicherer, komfortabler Implantate

Forscher von Wissenschaftlern der Case Western Reserve University geführt haben, zu einer unwahrscheinlichen Modell drehte medizinische Geräte sicherer und komfortabler zu machen - der Schnabel eines Tintenfisch.

Viele medizinische Implantate erfordern harte Materialien , die für die Verbindung oder gehen durch weiches Körpergewebe haben . Diese mechanische Fehlanpassung führt zu Problemen, wie beispielsweise eine Hautschädigung an Bauch Zuführrohre in Schlaganfall Patienten und die Verdrahtung durch die Brust an die Macht assisHerzPumpenbestehen. Geben Sie den Tintenfisch.

Die Spitze der Schnabel eines Tintenfisch ist härter als menschliche Zähne , aber die Basis ist so weich wie Jello artigen Körper des Tieres. Um diese zwei mechanisch unterschiedliche Teile der Tintenfisch ein wichtiger Teil des Schnabels hat einen mechanischen Gradienten , die als Stoßdämpfer wirkt , so kann das Tier ein Fisch mit erdrückenden Kraft beißen noch leiden keinen Verschleiß an seinen fleischigen Mund verbinden .

Technologie der Natur könnte eine Reihe von medizinischen Geräten bequemer und sicherer für Patienten zu machen, von Glukosesensoren für Diabetiker , um prothetische Arme und Beine , die Amputierten Knochen zu befestigen, sagen die Forscher. Ihre Arbeit wird im Amtsblatt Journal of the American Chemical Society.

"Wir imitiert die Architektur und die wasser verbesserten Eigenschaften des Tintenfisches , um diese Materialien zu generieren ", sagte Stuart J. Rowan , die Kent H. Smith Professor für makromolekulare und Ingenieurwissenschaften an der Case Western Reserve , und leitende Autor .

Rowan arbeitete mit Doktorand Justin D. Fox und Assistent Professor für Biomedizinische Technik Jeffrey R. Capadona bei CWRU und Paul D. Marasco , der wie Capadona ist ein Principal Investigator an der Advanced Platform Technology Center an der Louis Stokes Cleveland Abteilung Veterans Affairs Medical Center.

Andere Forscher haben gezeigt, die Struktur des Schnabels ist ein Nanokomposit aus einem Netz von in zunehmend vernetzten Strukturproteine ​​von Mund eingebettet zu kippen Chitin Fasern. Die Steigung liegt vor, wenn der Schnabel Material trocken ist , aber dramatisch erhöht, wenn in Wasser, die natürliche Umwelt der Tintenfische ist .

Rowan und Capadona gehörten zu einem Team von Forschern , die zuvor ein Material, das die Haut der Seegurke ist , die weich und geschmeidig , wenn sie nass und steif und hart , wenn sie trocken ist, imitiert berichtet hatte .

Sie dachten, dass Material in der Form eines Films , könnte mit Nanofasern , um die Steifigkeit zu erhalten , wenn sie nass vernetzt. Sie füllten den Film mit funktionalisierten Cellulose Nanokristalle , die, wenn sie Licht ausgesetzt , bilden Vernetzungen .

Um über die Folie Rampe Steifigkeit wurde ein Ende kein Licht und anschließende Abschnitte zunehmend mehr Licht belichtet. Je länger die Belichtungszeit, desto mehr Querverbindungen , die sich gebildet .

Genau wie der Schnabel war die Klasse von weich bis hart steiler bei Nässe. Wasser schaltet die schwächeren nicht-kovalente Bindungen , die , wenn das Material trocken ist zu bilden.

Die feuchten Umgebung im Inneren des Körpers wird die Steigung genauso gut , die diese Technologie besonders für Implantate attraktiv zu verbessern , sagen die Forscher.

" Es gibt alle Arten von Orten in der Medizin , wo wir mit harten Materialien , aber wir sind meistens weich, " sagte Marasco . Der Kontrast ist ein Rezept für Wunden und Infektionen, schlechte Leistung und Implantatversagen .

Nadeln bei Diabetikern " Insulinpumpen in den Blutgefäßen und den Elektroden in den Muskeln oder Gehirn eingesetzt könnte sicherer und effektiver zu sein eingefügt Metall-Stents , wenn Materialien wäre schwierig bleiben, wo sie sein müssen , sondern puffern umgebenden Weichteile .

" Prothesen sind dem Arm oder Bein mit einem Sockel aus Hartkunststoff , die über das Restglied passt verbunden" Marasco fortgesetzt. "Aber Knochen bewegt sich unter der Steckdose und das Weichgewebe im Inneren beschädigt werden , während die Buchse kann hart auf der Haut, wo sie in Kontakt zu sein."

Eine bessere Lösung , sagte er, wäre es, einen Metalleinsatz in den Knochen im Körper führen und befestigen Sie eine Prothese direkt außerhalb des Körpers mit dieser Art von mechanischen Puffer, in dem Hartmetall durch die weiche Haut geht .

Die Forscher arbeiten bereits an der nächsten Generation von Materialien und Vernetzungsstrategiender Puffer Gradienten steiler zu machen. Die Spitze der Schnabel eines Tintenfisch ist 100-mal schwerer als es ist weichsten Teil , während die harte Spitze dieser ersten Mimik ist fünfmal schwerer als seine weiche Ende .

"Dies ist ein Proof of Concept ", sagte Rowan . " Jetzt, da wir das Konzept funktioniert wir jetzt immer ein klein wenig komplizierter und Targeting- Materialien, die es uns ermöglichen, näher bei Anwendungen bewegen gezeigt . "