Ученые получили материал, который растет, как человеческая кожа

25.12.2017

Ученые разработали способ выращивания гидрогеля, сходный с ростом растительной или животной ткани. Это исследование может оказать глубокое влияние на области тканевой инженерии и мягкой робототехники.

Слабонервным луддитам лучше не читать, а то можно вдруг испугаться, что все, будущее настало и роботы скоро станут неотличимы от человека вообще совсем-совсем.

Совместные усилия Технологического университета Наньянга (НТУ, Сингапур) и Университета Карнеги-Меллона привели к созданию метода выращивания гидрогеля, который в значительной степени схож с тем, как это происходит в растительной или животной ткани. Это принесет большую пользу роботам и медицине.

Когда ткани растут естественным образом, они делают это неравномерно. Исследователи имитировали это в своем подходе, манипулируя концентрацией кислорода, чтобы создать желаемую форму. Более высокая концентрация подавляет взаимодействие между химическими веществами, что делает рост неоднородным.

Этот процесс может быть дополнен с помощью механических ограничений, таких как мягкая проволока или стеклянная подложка, которые могут образовывать химические связи с гелем. Таким образом можно направить самосборку вещества, что позволит получать всевозможные структуры.

Современные методы создают трехмерную структуру путем добавления или удаления слоев материала. Чтобы добиться успеха, пористый гидрогель должен подражать процессу расширения и пролиферации в живых тканях посредством непрерывной полимеризации.

Гидрогель обычно используется для тканевой инженерии и в области мягкой робототехники. Есть надежда, что разработанный метод может сделать вещество еще более эффективным для этих целей.

Наши органы обладают различными специализациями, которые позволяют им хорошо выполнять свою работу — например, тонкая кишка покрыта микроскопическими складками, называемыми ворсинками, которые увеличивают ее способность поглощать питательные вещества, увеличивая площадь поверхности. Формирование структур с использованием нового способа позволит нам лучше воспроизводить подобную сложную архитектуру.

«Больший контроль за ростом и самоорганизацией гидрогелей в сложные структуры предлагает целый ряд возможностей в области медицины и робототехники», — прокомментировал открытие президент НТУ Субра Суреш в пресс-релизе. «Одна из областей, которой это принесет пользу — тканевая инженерия. Ее цель — замена поврежденных биологических тканей, которые применяются при восстановлении коленных суставов или создании искусственной печени».

Считается, что достижения в области мягкой робототехники могут оказать глубокое влияние как на следующее поколение роботов, так и на нашу способность создавать синтетические органы и продвинутые протезы. Мы уже можем производить искусственные мышцы и работающие сердца, напечатанные на 3D-принтере, но лучшая способность воспроизводить биологические ткани поможет продвинуть эти усилия еще дальше.

Гидрогели, контролируемые ростом и структурой, могут оказаться очень полезными для тех роботов, которым надо перемещаться. Если мы сможем воспроизвести процесс взаимодействия нашей мягкая мускулатуры с нашими жесткими скелетами, мы сможем дать этим творениям гораздо более широкий диапазон движений.

Исследование также может привести к дальнейшему изучению природы клеточного роста самого по себе. Непрерывный рост наблюдается в большинстве форм жизни на Земле, поэтому этот новый способ дает ученым возможность наблюдать за тем, как он происходит в контролируемом случае.

Специально для Наука от Фансаенс