Sesiunea tiinific Studeneasc, 15-16 mai 2015

1

PIELEA ARTIFICIAL CARE SE REPAR SINGUR-UN MATERIAL-MINUNE

PENTRU MEDICINA VIITORULUI

Bianca-tefania MANOLE

Rzvan PREDA

Conductor tiinific: .L. dr. ing. Delicia ARSENE

.L. dr. ing. Larisa BUU

REZUMAT: Pielea artificial este folosit din ce in ce mai des n medicin, n zilele noastre,

semnificnd un adevrat progres n gsirea unui nlocuitor al pielii umane. Pielea artificial

constituie stratul exterior al noilor generaii de proteze, aceasta reuind s le redea

utilizatorilor, ntr-un procent foarte ridicat, capacitile tactile. Cercettorii au implantat

ntre 8000 i 10000 de receptori pe suprafaa esutului artificial, astfel nct acesta s fie

capabil de a simula o experien ct mai apropiat de cea real. Pielea artificial ar putea,

de asemenea, s ajute la dezvoltarea unui sistem care s sporeasc precizia datelor

colectate de ctre roboi.

CUVINTE CHEIE: piele artificial, protez, receptori, roboi

1.INTRODUCERE

Pielea reprezint o suprafa receptorie extrem

de vast, care asigur o sensibilitate divers,

protejeaz corpul de leziuni mecanice i

microorganisme, particip la secretarea unor

produse finale ale metabolismului i ndeplinete

de asemenea un important rol de termoregulaie,

execut funciile de respiraie, conine rezerve

energetice, leag mediul nconjurtor cu tot

organismul.

Suprafaa pielii nu e uniform, pe ea fiind

prezente orificii, cute i proeminene.

Pielea uman este o structur cu proprieti

excepionale: flexibil, sensibil la stimuli,

rezistent, capabil de a transmite semnale

electrice i, mai ales, capabil s se vindece

singur. Cercettorii de la Universitatea

Stanford, SUA, au reuit perfomana

excepional de a realiza un material sintetic

care prezint, n bun msur, aceste

caracteristici ale pielii umane. Ei au reuit s fabrice un polimer flexibil,

electroconductor i care se auto-repar.

Fig.1.Piele artificial

Sesiunea tiinific Studeneasc, 15-16 mai 2015

2

2. PIELEA ARTIFICIAL VINDEC

RNILE I REDUCE CICATRICILE

Un prototip de piele artificial folosit pentru

vindecarea rnilor a fost realizat de cercettorii

britanici. Acetia susin c pielea artificial pare

s fie asimilat mult mai bine de organism dect

toate celelalte tipuri de substitueni de piele

folosii n trecut. Cercettorii sper c aceti

substitueni vor deveni o alternativ la grefele de

piele.

n prezent, cea mai bun metod de a trata

arsurile sau rnile foarte mari este s se

preleveze piele din alt parte a corpului

pacientului i s se grefeze pe zona afectat. Dar

zonele de unde este prelevat pielea sunt

afectate, deci o alt metod, cum este cea a pielii

artificiale, ar fi bine venit. Cercettorii britanici

cred c aceast ultim versiune de piele

artificial este foarte bun pentru tratarea

leziunilor majore ale pielii. Pielea artificial este

creat dintr-o matrice facut din fibrin, o

protein care se gsete n rnile n curs de

vindecare. La aceasta se adaug celuele de tip

fibroblast - celule folosite de organismul uman

in sintetizarea unor noi esuturi. ntr-un proces

care efectiv copiaz metoda prin care

organismul reface pielea n zonele afectate,

celulele produc i elibereaz o alt protein,

colagenul, care face matricea i mai stabil. n

aceast form pielea artificial este aplicat pe

zonele afectate. Cercettorii spun c datorit

faptului c matricea are o form stabil este mult

mai rezistent la schimbrile care au loc n

timpul procesului de vindecare a rnilor.

Cercettorii au efectuat teste pe 6 voluntari

crora le-au luat o poriune de piele de pe bra i

au pus in locul respectiv o gref de piele

artificial realizat n laborator. Dup 28 de zile

pielea artificial se integrase n organismul

primitor, rnile se vindecaser iar cicatricile

rmase erau destul de mici. Prerile experilor au

fost imprite, unii susin c pielea artificial

poate face minuni, alii spun c trebuie fcute

teste serioase, nu pe persoane sntoase i cu

rni mici fcute n laborator, ci pe persoane care

chiar au suferit arsuri reale. Aceast descoperire

constituie nc un pas nainte n medicin i se

preconizeaz c multe cazuri medicale vor avea

o rezolvare mai bun i mai rapid datorit

acestei descoperiri.

n ultimul deceniu, au luat avnt cercetrile n

domeniul aa-numitelor dispozitive electronice

epidermice, circuite electronice subiri i

flexibile ce pot fi purtate ataate pe piele sau pot

oferi senzaii tactile purttorilor de proteze ale

membrelor. Problema este c siliciul, materialul

de baz utilizat n industria electronic, nu este

flexibil, astfel nct multe proiecte de cercetare

s-au axat pe cutarea unor moduri de a produce

senzori electronici flexibili.

n paralel, exist un interes crescnd pentru

polimerii care se auto-repar i au fost

dezvoltate cteva asemenea materiale; n 2008,

de exemplu, a fost prezentat un cauciuc special,

capabil s i menin proprietile mecanice

chiar dup mai multe runde de rupere i auto-

reparare.

Specialitii de la Universitatea Stanford au

combinat aceste dou concepte, realiznd un

polimer capabil de auto-reparare mecanic, dar

i bun conductor de electricitate, prin

incorporarea unor atomi de nichel care permit

electronilor s sar de la un atom metalic la

altul. Materialul este, de asemenea, sensibil la

presiune i torsiune, deoarece aplicarea unor

asemenea fore modific distanele dintre atomii

de nichel, afectnd capacitatea electronilor de a

trece de la un atom la altul i modificnd astfel

rezistena electric a polimerului.

Pentru a demonstra c materialul i poate

recpta proprietile chiar dup ce a fost supus

Sesiunea tiinific Studeneasc, 15-16 mai 2015

3

unor aciuni distructive, cercettorii au tiat

efectiv o bucat din el cu un bisturiu; dup ce au

unit i apsat marginile tiate timp de 15

secunde, au constatat c fragmentul de polimer

nu numai c i-a redobndit integritatea, dar i-a

recptat i conductivitatea n proporie de 98%.

Iar operaiunea poate fi repetat de zeci de ori,

cu acelai rezultat.

Rmne de vzut dac auto-vindecarea

funcioneaz i n cazul n care polimerul este nu

tiat cu un bisturiu - ceea ce produce o tietur

precis, fr deformri mecanice semnficative n

jurul ei - ci supus unor aciuni ce produc

deformri i deteriorri mai avansate ale

structurii.

ntre timp, inventatorii se preocup s fac

pielea artificial mai elastic, deoarece, dei

flexibil, actualmente nu suport ntinderea.

Elasticitatea sporit ar nsemna un pas nainte,

spre urmtoarea generaie de materiale de acest

gen.

Fig. 2. Verificarea prototipului

3. CU PIELEA ARTIFICIAL

PROTEZELE CAPT PROPRIETI

TACTILE

Atunci cnd pierzi un bra sau un picior, vei

pierde mai mult decat membrul fizic: Ai pierdut

simul tactil. Asta este o problem. Fr a atinge,

nu conteaz ct de inteligent este proteza,

aceasta o s se simt ca o fantom a fostului tu

membru.

Cu toate acestea, simul tactil rmne un lucru

complex pentru a fi imitat. El se bazeaz pe

milioane de receptori de atingere mici

ncorporai n piele, care recepteaz fiecare

stimul i apoi l transmite la creier prin ci

neuronale. Acum, cercettorii fac n cele din

urm progrese n construirea de ceva asemntor

n acest sens, cu multiple implicaii: O echip de

la Universitatea Stanford a creat "piele"

artificial, care se poate ntinde, ndoi, i

transmite impulsuri nervoase direct la creier.

Cercetarea, condus de inginerul chimist Zhenan

Bao, a fost publicat n revista Science.

Membrele prostetice de azi sunt deja mai mult

dect inteligente. n acest an, pentru prima data,

pacienii cu paralizie au demonstrat capacitatea

de a-i muta membrele prostetice, folosind doar

gndurile lor, ca parte a unui proiect de cercetare

DARPA(Defense Advanced Research Projects

Agency). Aceti pacieni au fost echipai cu o

interfa creier-computer care a transmis n mod

direct comenzile creierelor lor la mainile pe

care le manipulau. Ei au fost capabili s dea

mna i s-i localizeze n spaiu membrele

artificiale.

Dar, orict de fascinant este abilitatea de a

controla proteze doar prin intermediul minii,

viitoarele membre artificiale trebuie s fie

capabile s fac mai mult. Fr simul tactil, nu

ar fi capabile s smulg un strugure fr s-l

sparg sau s-l striveasc. Echipa lui Bao a gsit

http://www.descopera.ro/galerii/10301295-pielea-artificiala-care-se-repara-singura-un-material-minune-pentru-medicina-viitorului

Sesiunea tiinific Studeneasc, 15-16 mai 2015

4

o modalitate de a simula acest sim, ocolind

nervii n totalitate, folosind materiale inteligente

i senzori precii. "Pielea" realizat de ei

transmite impulsuri electrice direct la prile

creierului responsabile de atingere i de senzaie,

i ar putea fi folosit pe protezele controlate de

minte, cum ar fi cele testate de DARPA.

Aceasta nu este prima incursiune n aducerea

napoi a simului celor care l-au pierdut.