Naukowcy z MIT opracowali system klejący oparty na strukturze przyssawek ryb remora, które mocno przylegają do miękkich powierzchni — nawet pod wodą — przez długi czas.
Klej inspirowany rybami remora, który przylega do miękkich powierzchni, nawet pod wodą
Zespół inżynierów z MIT we współpracy z instytucjami medycznymi i naukowymi z Bostonu opracował klej mechaniczny inspirowany remorą, rybą, która przylega do rekinów i innych zwierząt morskich z zaskakującą skutecznością. Ten innowacyjny system, nazwany MUSAS (mechaniczny system miękkiego przylegania pod wodą), wykazał swoją zdolność do bezpiecznego i stabilnego przylegania do miękkich i wilgotnych powierzchni, nawet w tak trudnych warunkach, jak wnętrze przewodu pokarmowego lub ruchome środowisko wodne.
Konstrukcja naśladująca naturę z chirurgiczną precyzją
Kluczem do działania urządzenia jest naśladowanie przyssawki remory, anatomicznej struktury łączącej ssanie komorowe, rzędy nachylonych płytek i maleńkie kolce zwane kolcami. Takie połączenie zapewnia stabilną przyczepność bez uszkadzania tkanek. Zamiast polegać na silnikach lub klejach chemicznych, system generuje pasywną adhezję mechaniczną, opartą na geometrycznej konstrukcji i inteligentnych materiałach reagujących na temperaturę ciała.
Inżynierom udało się odtworzyć najbardziej skuteczne wzory płytek, takie jak te występujące u Remora albescens, gatunku przyczepiającego się do miękkich powierzchni, takich jak jama ustna płaszczek. Te nachylone wzory tworzą wiele mikro stref próżni, które są w stanie dostosować się do niejednorodnych i ruchomych tkanek.
Zastosowania medyczne przełamujące bariery
Jednym z największych wyzwań w medycynie jest utrzymanie urządzeń lub leków w długotrwałym kontakcie z przewodem pokarmowym, gdzie śliska błona śluzowa, ciągła motoryka i zmiany pH utrudniają trwałe przyleganie. Dzięki MUSAS zespół osiągnął nie tylko skuteczne przyleganie do tkanki żołądkowej, ale także przedłużone uwalnianie leków, takich jak kabotegrawir, lek przeciwretrowirusowy stosowany zarówno w profilaktyce, jak i leczeniu HIV. Urządzenie uwalniało lek w sposób ciągły przez tydzień, co może zmienić sposób podawania terapii w trudno dostępnych miejscach.
Ponadto system był w stanie dostarczyć informacyjny RNA bezpośrednio do nabłonka przewodu pokarmowego za pomocą termoczułych mikroigieł, technologii, która może ułatwić opracowanie bardziej dostępnych szczepionek doustnych lub terapii genowych.
Z drugiej strony, dzięki wbudowanym czujnikom impedancji, urządzenie umożliwiło monitorowanie refluksu żołądkowo-przełykowego (GERD) bez konieczności stosowania inwazyjnych sond, co może przełożyć się na mniej uciążliwą i skuteczniejszą diagnostykę dla milionów ludzi.
Monitorowanie środowiska bez szkody dla fauny
Oprócz medycyny, MUSAS ma zastosowanie w monitorowaniu środowiska morskiego. Dzięki możliwości przyczepiania się do żywych ryb bez powodowania u nich obrażeń lub zmiany zachowania, urządzenie może rejestrować temperaturę, poziom pH i inne zmienne w czasie rzeczywistym za pomocą wbudowanych czujników. Ta zdolność stanowi cenne źródło informacji do badania ekosystemów wodnych w czasie rzeczywistym bez konieczności chwytania lub zakłócania życia zwierząt.
Technologia, która odpowiada na wyzwania współczesności
Wszechstronność tego bioinspirowanego kleju wynika nie tylko z jego konstrukcji technicznej, ale także z jego zdolności do rozwiązywania rzeczywistych problemów: od przyczepności do wilgotnych i dynamicznych powierzchni, poprzez miejscowe i długotrwałe podawanie leków, aż po etyczne i nieinwazyjne monitorowanie środowiska.
Tymczasem zainteresowanie technologiami biomimetycznymi rośnie równolegle z zapotrzebowaniem na bardziej zrównoważone rozwiązania, które ograniczają stosowanie materiałów chemicznych i pozwalają uniknąć inwazyjnych procedur. Tego typu rozwój jest zgodny z aktualnymi trendami w dziedzinie zdrowia publicznego, technologii medycznej i ochrony środowiska.
Potencjał
MUSAS to znacznie więcej niż tylko postęp w medycynie. Jego pasywna konstrukcja, bez baterii i skomplikowanych mechanizmów, otwiera drzwi do energooszczędnych i bezpieczniejszych technologii. W kontekście rosnącej oporności na antybiotyki i zapotrzebowania na spersonalizowane terapie, tego typu kleje mogłyby ułatwić kontrolowane uwalnianie leków o mniejszych skutkach ubocznych i większej skuteczności.
Ponadto ich zastosowanie w czujnikach środowiskowych mogłoby zostać zintegrowane z programami monitorowania oceanów, przyczyniając się do prognozowania zmian klimatycznych, wykrywania zanieczyszczeń lub monitorowania zdrowia kluczowych gatunków bez wpływu na ich siedliska.
W przyszłości urządzenia takie jak MUSAS mogłyby być produkowane z materiałów biodegradowalnych lub nadających się do recyklingu, przyczyniając się do zmniejszenia śladu ekologicznego technologii medycznej. Mogłyby one również być pomocne w projektach sanitarnych, w których zanurzalne czujniki wykrywają mikroorganizmy lub substancje toksyczne w sposób ciągły.