تحولی در علم پزشکی، ساخت پوست مصنوعی با استفاده از چاپ سه بعدی

چاپ سه بُعدی یک پوست الکترونیکی جدید، تعاملی نوین میان انسان و ماشین را نوید می‌دهد.

به گزارش اخبار جدید به نقل از ایسنا، پوست انسان با بیش از ۱۰۰۰ پایانه عصبی، بزرگترین ارتباط حسی مغز با دنیای خارج است که از طریق لمس، دما و فشار، بازخورد زیادی را ارائه می‌دهد.

در حالی که این ویژگی‌های پیچیده، پوست را به یک اندام حیاتی تبدیل می‌کنند، شبیه‌سازی آن را نیز به کاری چالش‌برانگیز تبدیل می‌کند.

پژوهشگران دانشگاه A&M تگزاس با استفاده از هیدروژل‌های نانومهندسی شده که قابلیت‌های حسگر زیستی الکترونیکی و حرارتی قابل تنظیم را نشان می‌دهند، پوست الکترونیکی چاپ‌شده سه بعدی (E-skin) جدیدی را ایجاد کرده‌اند که می‌تواند انعطاف‌پذیر، کشسان و شبیه به پوست انسان باشد.

دکتر آخیلش گهاروار، استاد و مدیر تحقیقات دپارتمان مهندسی بیومدیکال گفت: توانایی شبیه‌سازی حس لامسه و ادغام آن در فناوری‌های مختلف، فرصت‌های جدیدی را برای تعامل انسان و ماشین و تجربیات حسی پیشرفته باز می‌کند. این کار به طور بالقوه می‌تواند صنایع را متحول کند و کیفیت زندگی افراد دارای معلولیت را بهبود بخشد.

کاربردهای آینده پوست الکترونیکی بسیار گسترده است، از جمله دستگاه‌های سلامت و بهداشت پوشیدنی که به طور مداوم علائم حیاتی مانند تحرک، دما، ضربان قلب و فشار خون را کنترل می‌کنند و به کاربران بازخورد می‌دهند و به آنها کمک می‌کنند مهارت‌های حرکتی و هماهنگی خود را بهبود بخشند.

گهاروار می‌گوید: الهام‌بخش توسعه پوست الکترونیکی، تمایل به ایجاد رابط‌های پیشرفته‌تر و همه‌کاره‌تر بین فناوری، بدن انسان و محیط زیست است. هیجان انگیزترین جنبه این پژوهش، کاربردهای بالقوه آن در رباتیک، پروتز، فناوری پوشیدنی، ورزش و تناسب اندام، سیستم‌های امنیتی و دستگاه‌های سرگرمی است.

فناوری E-skin که در مطالعه‌ای در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده است، در آزمایشگاه گهاروار توسعه یافته است.

ساخت پوست الکترونیکی(E-skin) شامل چالش‌هایی با توسعه مواد بادوام است که می‌توانند به طور همزمان انعطاف‌پذیری پوست انسان را تقلید کنند، دارای قابلیت‌های حسگر بیوالکتریکی باشند و از تکنیک‌های ساخت مناسب برای دستگاه‌های پوشیدنی یا کاشتنی استفاده کنند.

گهاروار می‌گوید: در گذشته، سفتی این سیستم‌ها برای بافت‌های بدن ما بسیار زیاد بود و از انتقال سیگنال و ایجاد عدم تطابق مکانیکی در رابط زیستی-غیرزیستی جلوگیری می‌کرد. ما یک استراتژی «تقاطع سه‌ گانه» را به سیستم مبتنی بر هیدروژل معرفی کردیم که به ما امکان داد یکی از محدودیت‌های کلیدی در زمینه بیوالکترونیک انعطاف‌پذیر را برطرف کنیم.

استفاده از هیدروژل‌های نانومهندسی شده به برخی از جنبه‌های چالش برانگیز توسعه پوست الکترونیکی در طول چاپ سه بعدی به دلیل توانایی هیدروژل‌ها در کاهش ویسکوزیته تحت تنش برشی در حین ایجاد E-skin می‌پردازد و امکان جابجایی و دستکاری آسان‌تر را فراهم می‌کند.

این تیم می‌گوید که این ویژگی ساخت ساختارهای الکترونیکی پیچیده دو بعدی و سه بعدی را که یک جنبه ضروری برای تکرار ماهیت چند وجهی پوست انسان است، تسهیل می‌کند.

پژوهشگران همچنین از «نقص اتمی» در نانو مجموعه‌های مولیبدن دی‌سولفید استفاده کردند که ماده‌ای است که حاوی نقص‌هایی در ساختار اتمی خود است که امکان هدایت الکتریکی بالا را فراهم می‌کند و از نانوذرات پلی‌دوپامین نیز برای کمک به چسبیدن پوست الکترونیکی به بافت مرطوب بدن استفاده می‌شود.

گهاروار می‌گوید: این نانوذرات مولیبدن دی‌سولفید که به شکل خاص و ویژه طراحی شده‌اند، به ‌عنوان اتصال‌دهنده‌های متقابل برای تشکیل هیدروژل عمل می‌کنند و رسانایی الکتریکی و حرارتی را به پوست الکترونیکی می‌دهند.

وی افزود: ما اولین کسی هستیم که از آن به ‌عنوان یک جزء کلیدی استفاده می‌کنیم. توانایی این ماده برای چسبندگی به بافت‌های مرطوب به ‌ویژه برای کاربردهای بالقوه مراقبت‌های بهداشتی که در آن‌ها E-skin باید مطابقت داشته باشد و به سطوح بیولوژیکی پویا و مرطوب بچسبد، بسیار مهم است.