Sa više od 1.000 nervnih završetaka, ljudska koža je najveća senzorna veza mozga sa spoljnim svetom, pružajući mnoštvo povratnih informacija putem dodira, temperature i pritiska. Iako ove složene karakteristike kožu čine vitalnim organom, one takođe čine izazov za repliciranje.
Koristeći nanoinženjering hidrogelove koji pokazuju podesivu elektronsku i termalnu biosenzibilnu sposobnost, istraživači sa Teksaškog univerziteta A&M razvili su 3D štampanu elektronsku kožu (E-skin) koja se može savijati, rastegnuti i osetiti kao ljudska koža.
„Sposobnost repliciranja čula dodira i njegovog integrisanja u različite tehnologije otvara nove mogućnosti za interakciju čoveka i mašine i napredna senzorna iskustva“, rekao je dr Akhileš Gaharvar, profesor i direktor istraživanja na Odeljenju za biomedicinsko inženjerstvo. „To potencijalno može revolucionisati industrije i poboljšati kvalitet života osoba sa invaliditetom.
Buduća upotreba E-skina je ogromna, uključujući nosive zdravstvene uređaje koji kontinuirano prate vitalne znakove poput pokreta, temperature, otkucaja srca i krvnog pritiska, dajući povratne informacije korisnicima i pomažući im da poboljšaju svoje motoričke veštine i koordinaciju.
„Inspiracija za razvoj E-skina je ukorenjena u želji da se stvore napredniji i raznovrsniji interfejsi između tehnologije, ljudskog tela i životne sredine“, rekao je Gaharvar. „Najuzbudljiviji aspekt ovog istraživanja je njegova potencijalna primena u robotici, protetici, nosivoj tehnologiji, sportu i fitnesu, bezbednosnim sistemima i uređajima za zabavu.
Tehnologija E-skin, detaljno opisana u studiji koju je objavio časopis Napredni funkcionalni materijali, razvijena je u Gaharvarovoj laboratoriji. Dr. Kaivalia Deo, bivši učenik Gaharvara, a sada naučnik u Akent Biosciences, i Shounak Roi, bivši Fulbrajt Nehru doktorski saradnik u Gaharvarovoj laboratoriji, glavni su autori rada.
Stvaranje E-kože uključuje izazove sa razvojem izdržljivih materijala koji mogu istovremeno da oponašaju fleksibilnost ljudske kože, sadrže mogućnosti bioelektričnog senzora i koriste tehnike izrade pogodne za uređaje koji se mogu nositi ili implantati.
„U prošlosti je krutost ovih sistema bila previsoka za naša telesna tkiva, sprečavajući transdukciju signala i stvarajući mehaničku neusklađenost na biotičko-abiotičkom interfejsu“, rekao je Deo. „Uveli smo strategiju ‘trostrukog umrežavanja’ u sistem zasnovan na hidrogelu, što nam je omogućilo da se pozabavimo jednim od ključnih ograničenja u oblasti fleksibilne bioelektronike.
Korišćenjem nanoinženjeringa hidrogelova rešavaju se neki od izazovnih aspekata razvoja E-kože tokom 3D štampanja zbog sposobnosti hidrogela da smanje viskozitet pod naponom smicanja tokom stvaranja E-kože, omogućavajući lakše rukovanje i manipulaciju. Tim je rekao da ova karakteristika olakšava izgradnju složenih 2D i 3D elektronskih struktura, što je suštinski aspekt repliciranja višestruke prirode ljudske kože.
Istraživači su takođe koristili „atomski defekt“ u nano-sklopovima molibden disulfida, materijalu koji sadrži nesavršenosti u svojoj atomskoj strukturi koje omogućavaju visoku električnu provodljivost, i nanočestice polidopamina da pomognu E-koži da se zalepi za vlažno tkivo.
„Ove specijalno dizajnirane nanočestice molibden disulfida delovale su kao umrežavači da bi formirale hidrogel i dale električnu i toplotnu provodljivost E-koži; mi smo prvi koji su prijavili da ovo koristimo kao ključnu komponentu“, rekao je Roj. „Sposobnost materijala za prianjanje na vlažna tkiva je posebno ključna za potencijalne primene u zdravstvu gde E-koža treba da se prilagodi i da se pridržava dinamičnih, vlažnih bioloških površina.
