ماهی مرکب، الهام‌بخش مهندسان پزشکی

بسیاری از اندام کاشتنی پزشکی برای عبور از پوست یا اتصال به بدن نیاز به مواد سختی دارند. این تطابق نداشتن مکانیکی به بروز مشکلاتی مانند زخم‌های پوستی در لوله‌های تغذیه شکمی در بیماران مبتلا به سکته مغزی یا در جاهایی که برای تامین توان تلمبه کمکی قلب، سیمی را وارد سینه می‌کنند، منجر می‌شود.

این مشکل را شاید بتوان با نگاهی عمیق به دهان ماهی مرکب حل کرد! نوک قلاب دهان ماهی مرکب حتی از دندان انسان هم سخت‌تر است؛ اما درون آن به‌اندازه اندام ژله‌ای حیوانات نرم است.

به منظور اتصال این دو عضو ناهمسان مکانیکی قسمت اصلی و مهمی از دهان ماهی مرکب، شیب مکانیکی مخصوصی دارد که مثل یک ضربه‌گیر عمل می‌کند بنابراین حیوان می‌تواند بدون این‌که اثری از ساییدگی و پارگی در دهان گوشتی‌اش به وجود آید با نیرویی استخوان خردکن، طعمه خود را در دهان بگیرد.

شاید بتوان با تقلید از این حیوان یا به طور کلی با استفاده از فناوری‌های برگرفته از طبیعت، طیف وسیعی از قطعات پزشکی تولید کرد که سهولت و راحتی بیشتری برای بیماران به ارمغان آورد.

از سنسورهای گلوکزی برای بیماران دیابتی گرفته تا دست و پای مصنوعی برای پیوند به استخوان‌های قطع شده.

استوارت جی روان، استاد علوم ماکرو مولکولی و مهندسی دانشگاه CWR می‌گوید: ما در حال شبیه‌ سازی ساختار و ویژگی‌های هیدرولیکی منقار ماهی مرکب هستیم تا بتوانیم شبیه آن مواد را تولید کنیم.

قبلا پژوهشگران نشان داده‌اند ساختار منقار ماهی مرکب یک نانو کامپوزیت متشکل از شبکه‌ای از فیبرهای کیتین محصور در ساختاری پروتئینی از دهان تا نوک است. این شیب وقتی ماده تشکیل‌دهنده قلاب خشک باشد، خیلی به چشم می‌آید؛ اما هنگامی که در آب، محیط طبیعی زندگی ماهی مرکب قرار بگیرد تبدیل به جنگ‌افزاری کارا می‌شود.

«جی روان» جزو تیمی بود که پیشتر از موادی سخن گفته بودند که پوست خیار دریایی را شبیه‌سازی می‌کنند. پوست خیار دریایی در محیط خیس نرم و انعطاف‌پذیر و در خشکی سفت و سخت است.

آنها معتقدند که یک لایه نازک از این مواد می‌تواند ارتباط متقابلی با نانو فیبرها ایجاد کرده تا در هنگام خیسی سفت و سخت شوند. آنها لایه نازک را با سلولزهای نانو کریستالی کارکردی پر کردند تا وقتی در معرض نور قرار می‌گیرند، ارتباط متقابلی ایجاد شود.

برای افزایش سفتی در طول پوسته نازک،به یک سر آن هیچ نوری تابیده نشد و سر دیگر آن در برابر نور قرار گرفت. هر چه زمان قرار گرفتن در معرض نور بیشتر می‌شد ارتباط متقابل بیشتری به وجود می‌آمد به گونه‌ای که یک سر آن نرم و سر دیگر آن کاملا سفت و محکم بود.

دقیقا مانند دهان ماهی مرکب که هنگام رطوبت از حالت نرمی با شیبی ملایم به حالت سفتی می‌رسد.

محیط مرطوب درون بدن نیز می‌تواند این شیب را افزایش دهد و همین خصوصیت است که این فناوری را بخصوص برای اندام کاشتنی (ایمپلنت)‌ مناسب و قابل استفاده می‌سازد.

ماراسکو یکی دیگر از محققان تیم می‌گوید: در پزشکی، محل‌های زیادی وجود دارد که ما از مواد سخت در مجاورت بافت‌های نرم استفاده می‌کنیم.اگر مواد به‌کار رفته در سوزن پمپ انسولین افراد دیابتی، استنت‌های فلزی کار گذاشته شده در رگ‌های خونی و الکترودهای تعبیه شده در ماهیچه‌ها یا مغز ، بتوانند در جایی که لازم است سفت بوده و در محیط اطراف بافت‌های نرم مانند حائل عمل کنند، می‌توانند امن‌تر و موثر‌تر باشند.

به علاوه اندام‌های مصنوعی با یک سوکت پلاستیکی سخت به بخش‌های باقیمانده روی بازو یا پا متصل می‌شوند.

حرکت استخوان‌های اطراف سوکت ممکن است به بافت نرم داخلی آسیب بزند در حالی که می‌توان جنس سوکت را در محل اتصال روی پوست از پلاستیک سخت و در محیط نزدیک به بافت‌ها نرم تولید کرد.محققان اکنون روی نسل بعدی مواد و استراتژی‌های ارتباط متقابل کار می‌کنند تا شیب (از نرم به سخت) مواد حایل را تندتر کنند.

سفتی نوک منقار ماهی مرکب صد برابر بیشتر از نرم‌ترین بخش آن است در حالی که میزان سختی اولین نمونه شبیه‌سازی شده به نرم‌ترین بخش آن تنها پنج برابر است.

«جی روان» معتقد است این تنها اثبات یک مفهوم است. حالا که این مفهوم اثبات شده، کار محققان برای یافتن موادی که این مفهوم را کاربردی کند، سخت‌تر از قبل می‌شود.

منبع: spacemart 
مترجم: آتنا حسن‌آبادی