ساخت پوست مصنوعی با الهام از ماهی مرکب

 محققان چینی موفق به ابداع پوست مصنوعی جدیدی با الهام از ماهی مرکب شدند که قادر است سرمای شدید را تحمل کند و میکروب ها را از بین ببرد.

به گزارش تکناک، ماهی مرکب به دلیل توانایی خارق العاده خود در تغییر رنگ پوست در پاسخ به شرایط محیطی، برای چندین دهه توجه دانشمندان را به خود جلب کرده است.

اکنون، محققان چینی از این ماهی الهام گرفته‌اند و در حال ساخت پوست مصنوعی جدیدی هستند که علاوه بر مقاومت در برابر سرمای شدید، قابلیت نابود کردن باکتری‌ها و قارچ‌ها را نیز دارد و در صنعت‌های مختلفی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

ماهیان مرکب و آفتاب پرست‌ها دارای ساختارهای نانوفوتونیکی هستند که به آنها اجازه می‌دهد که به محرک‌های محیطی پاسخ داده و رنگ پوست خود را برای ارتباط، استتار و معاشقه تغییر دهند.

ماهیان مرکب دارای هزاران سلول به نام کروماتوفور (سلول های رنگدانه ای) در زیر سطح پوست خود هستند که به سیستم عصبی آنها متصل هستند. یک کیسه کشسان پر از رنگدانه در مرکز کروماتوفور وجود دارد و انقباضات عضلانی اندازه کروماتوفورها را کنترل می کند. این امکان را به ماهیان مرکب می دهد که با تغییر رنگ پوست خود در پاسخ به محرک‌های محیطی خارجی و برای استتار، ارتباط و معاشقه،  الگوی خود را برای مطابقت با سنگ‌ها یا مرجان ‌های مجاور تغییر دهند. پروتئین های رفلکتین در گونه های خاصی از ماهیان مرکب یافت می شوند که نور را می شکنند و مسئول تغییر رنگ دینامیکی و رنگین کمانی شدن حیوان هستند.

در گذشته، محققان از این فرآیند برای ایجاد پوستی با قابلیت حفظ گرما و شفافیت سلول‌های انسان، استفاده می کردند. اما در حال حاضر، محققان دانشگاه صنعتی دالیان چین، با الهام از توانایی های ذاتی موجود در پوست ماهی مرکب، پوست مصنوعی جدید و انعطاف پذیری ساخته اند که می تواند در مقابل دمای شدید و باکتری ها مقاومت کند.

ونبین نیو، نویسنده اصلی این مطالعه ، در Tech Xplore توضیح داد: پوست بیولوژیکی تبدیل اطلاعات محیطی به سیگنال‌های بیوالکتریکی می‌کند و این سیگنال‌ها را برای درک فشار خارجی، حس لامسه، ارتعاش، دما و سایر عوامل، به سیستم عصبی ارسال می‌کند. همچنین، به کمک تغییر رنگ، پوست حیوانات می‌تواند به درک محیط پیچیده کمک کند.

محققان  با تقلید از ترتیب انعکاسی در پوست ماهی مرکب،  یک پوست فوتونیک-یونی جدید به نام PIskin ایجاد کرده‌اند. وقتی PIskin با محرک‌های خارجی مثل یک سطح در تماس است، نانوساختار فوتونی آن باعث تغییر سریع رنگ می‌شود. همزمان، انتقال یونی در پوست تغییر می‌کند و این امکان را فراهم می‌آورد که محرک‌های مکانیکی و دما به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل شوند.

نیو گفت: با الهام از تغییر رنگ پوست ماهی مرکب، نانوساختارهای فوتونی در پوست الکترونیکی به کار برده شد که قابلیت‌های حسی آن را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد. به علاوه، در این فناوری بازخورد کمی، ثبت و تحلیل تغییرات محرک از طریق سیگنال الکتریکی امکان‌پذیر است و اطلاعات پیچیده ‌تری مانند مکان، شکل و توزیع محرک را می‌توان از طریق رنگ‌های آن به صورت بصری شناسایی کرد.

هدف محققان این بود که با اضافه کردن گلیسرول مونولورات (GML) که یک ترکیب با خواص ضد میکروبی قوی است، پلی اتیلن گلیکول 200 (PEG-200)، سورفکتانت، امولسیفایر و پاک کننده درجه صنعتی، خواص پوست را بهبود بخشند. با افزودن GML، PIskin تقریباً تمام باکتری‌ها و قارچ‌ها را از بین می برد. همچنین نقطه انجماد پایین PEG-200 باعث می شود که پوست بتواند در دمای پایین تحمل کند و احتمال خشک شدن آن کاهش یابد.

با توجه به  نتیجه مطالعات، مشخص شد که پوست در شرایط سخت بهتر عمل می کند و توانایی اندازه گیری دقیق فشار و دما را دارد. ایجاد PIskin امکانات جدیدی را برای کاربردهای آینده در زمینه تجهیزات پزشکی قابل حمل، روباتیک نرم، پروتز و رابطه انسان و کامپیوتر فراهم کرده است. همچنین این محققان را به سوی مطالعه عمیق تر  بر روی حیوانات دیگری که تغییر رنگ می دهند، سوق می دهد.

نیو درباره این موضوع اظهار می‌کند که گونه‌های دیگری با قابلیت تغییر رنگ جذاب وجود دارند و در پژوهش‌های بعدی، ساختار بیولوژیکی این گونه‌ها را بررسی و پوست شبه بیولوژیکی آن‌ها را توسعه خواهند داد. به نظر می‌رسد که این پوست‌های شبه بیولوژیکی می‌توانند در دستگاه‌های پوشیدنی، حسگرهای تعاملی و برنامه‌های کاربردی مختلفی در دنیای واقعی، مورد استفاده قرار گیرند.