Μια ομάδα ερευνητών από το Rice University παρουσίασε ένα πρωτοποριακό μαλακό μεταϋλικό που μπορεί να αλλάζει σχήμα και μέγεθος υπό την επίδραση μαγνητικού πεδίου και στη συνέχεια να διατηρεί τη νέα διαμόρφωση ακόμη και χωρίς εξωτερικά ερεθίσματα. Η ανακάλυψη αυτή ανοίγει τον δρόμο για πιο ασφαλείς και ευέλικτες ιατρικές συσκευές, είτε πρόκειται για εμφυτεύσιμες είτε για καταπόσιμες εφαρμογές.
Ευελιξία και αντοχή σε ένα μόνο υλικό
Ο επικεφαλής της μελέτης, Yong Lin Kong, καθηγητής μηχανολογίας στη σχολή George R. Brown School of Engineering and Computing, εξηγεί πως ο στόχος ήταν να συνδυαστούν δύο ιδιότητες που μέχρι σήμερα δεν συνυπήρχαν: η εξαιρετική ευκαμψία και η μεγάλη μηχανική αντοχή. Σε αντίθεση με άλλα μαλακά πολυμερή, το συγκεκριμένο μεταϋλικό μπορεί να αντέξει φορτία που ξεπερνούν κατά δέκα φορές το ίδιο του το βάρος, διατηρώντας παράλληλα τη σταθερότητά του ακόμα και σε ακραίες συνθήκες, όπως υψηλές θερμοκρασίες ή έντονα διαβρωτικά περιβάλλοντα.
Αυτό το χαρακτηριστικό το καθιστά ιδιαίτερα κατάλληλο για εφαρμογές μέσα στο ανθρώπινο σώμα, όπου οι συσκευές πρέπει να λειτουργούν σε περιβάλλοντα με υψηλή οξύτητα, όπως το γαστρεντερικό σύστημα, και να αντέχουν συνεχείς μηχανικές πιέσεις.
Η αρχή της «προγραμματισμένης πολυσταθερότητας»
Η καινοτομία βασίζεται σε μια τεχνική που οι ερευνητές αποκαλούν «προγραμματισμένη πολυσταθερότητα». Το υλικό περιλαμβάνει μικροδομές σε σχήμα τραπεζίου και ενισχυτικές δοκούς. Όταν αυτές παραμορφώνονται μέσω μαγνητικού πεδίου, «κλειδώνουν» σε μια νέα διαμόρφωση δημιουργώντας ένα ενεργειακό φράγμα. Έτσι, ακόμη και μετά την απομάκρυνση του μαγνήτη, η κατασκευή διατηρεί το σχήμα που της δόθηκε, σαν να έχει μνήμη ενσωματωμένη στη δομή της.
Για την κατασκευή του χρησιμοποιήθηκαν τρισδιάστατα καλούπια που αναπαράγουν μικροαρχιτεκτονικές με κεκλιμένες δοκούς και υποστηρικτικά τμήματα. Συνδέοντας πολλές από αυτές τις βασικές μονάδες, η ομάδα δημιούργησε μεγαλύτερες δομές ικανές για πολύπλοκες κινήσεις. Ανάμεσά τους περιλαμβάνονται και κυματισμοί παρόμοιοι με την περισταλτική κίνηση του εντέρου, που θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν για τη μετακίνηση ή την απελευθέρωση υγρών σε συγκεκριμένα σημεία του οργανισμού.
Μειώνοντας τους κινδύνους των σκληρών συσκευών
Οι ερευνητές τονίζουν ότι η «μαλακή» προσέγγιση είναι καθοριστικής σημασίας για τη μείωση των κινδύνων που συνοδεύουν τις άκαμπτες ιατρικές συσκευές. Σκληρά εμφυτεύματα μπορεί να προκαλέσουν έλκη, διατρήσεις ή φλεγμονές, ενώ το νέο υλικό υπόσχεται μια πολύ πιο ασφαλή εναλλακτική. Σε δοκιμές, το μεταϋλικό διατήρησε τη λειτουργικότητά του ακόμη και μετά από μακροχρόνια έκθεση σε όξινα διαλύματα, αναπαράγοντας τις πραγματικές συνθήκες του στομάχου.
Νέες δυνατότητες στην ιατρική
Σύμφωνα με τον Kong, η δυνατότητα να ελέγχεται από απόσταση το σχήμα και το μέγεθος μιας συσκευής μέσα στο σώμα δημιουργεί πρωτόγνωρα ιατρικά σενάρια. Από την ακριβή τοποθέτηση εμφυτευμάτων και την ελεγχόμενη απελευθέρωση φαρμάκων μέχρι την εφαρμογή τοπικών μηχανικών δυνάμεων, η τεχνολογία αυτή μπορεί να καταστήσει πολλές διαδικασίες πιο ασφαλείς και αποτελεσματικές.
Η ερευνητική ομάδα ήδη εργάζεται σε καταπόσιμα συστήματα για την αντιμετώπιση της παχυσαρκίας, ενώ παράλληλα εξετάζει εφαρμογές για τη φροντίδα θαλάσσιων θηλαστικών, αξιοποιώντας την ίδια τεχνολογία σε διαφορετικά περιβάλλοντα.
Από το εργαστήριο στην κλινική πράξη
Το project χρηματοδοτήθηκε από τα National Institutes of Health και το Office of Naval Research, με τη συμμετοχή νέων ερευνητών και ιατρών από το Texas Medical Center. Στόχος είναι η ενσωμάτωση του νέου μεταϋλικού σε ασύρματα συστήματα ελέγχου ροής υγρών, ώστε να γίνουν πρακτικές εφαρμογές σε κλινικό επίπεδο.
Τα πρώτα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Science Advances και δείχνουν πως η τεχνολογία αυτή δεν αποτελεί μόνο ένα ενδιαφέρον πείραμα υλικών, αλλά μια πραγματική καινοτομία που μπορεί να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο σχεδιάζονται οι ιατρικές συσκευές.
Η δυνατότητα να συνδυάζονται αντοχή, ευελιξία και προγραμματιζόμενη μνήμη σε ένα μαλακό υλικό ίσως αποτελέσει το κλειδί για μια νέα γενιά εμφυτευμάτων και καταποσίμων συστημάτων, πιο ασφαλών για τους ασθενείς και πιο ευέλικτων για τους γιατρούς.
[via]
