Благодаря фигуркам из бумаги инженеры придумали для медиков пластырь, который не отклеивается

01:52, 30 марта 2018

фото: Massachusetts Institute of Technology/nplus1.ru

Инженеры разработали легкую клейкую пленку на основе искусства киригами. Этот материал может быть использован для создания пластыря для подвижных частей тела, потому что способен многократно сгибаться, не отклеиваясь.

Тесты показали, что она удерживается на коже даже после 100 сгибаний. Об этом сообщается в журнале Soft Matter.

В основе изобретения лежит техника киригами - искусство складывания фигур из одного листа бумаги, в котором, в отличие от оригами, разрешается делать надрезы и разрезы.

Как правило, пластыри, которые крепятся на сгибы рук или ног, довольно быстро отклеиваются, так как подвергаются частым деформациям. С одной стороны, проблему можно решить, сделав материал более тонким, податливым и клейким, однако это может негативно сказаться на его качестве в целом. Поэтому исследователи предложили альтернативное решение: использование техники киригами, которая позволяет улучшить способность к прилипанию без изменения остальных свойств материала.

Cначала исследователи под руководством Жуйкэ Чжао (Ruike Zhao) из Массачусетского Технологического Института изучили, как прорези в пленке влияют на ее липкость. Для этого они залили жидкий эластомер в напечатанные на 3D принтере формы с небольшими углублениями. Это позволило инженерам в конечном итоге получить резиновую пленку, которая была покрыта отверстиями. После они нанесли на нее клей, прикрепили к полимерной поверхности и провели тестирование.

Ученые измеряли, насколько сильно может растянуться пленка перед тем, как начнет отслаиваться от поверхности. В результате команда Чжао заметила, что скорость высвобождения энергии в материале неоднородна: когда исследователи тянули его в разные стороны, то отслаивалась в первую очередь середина, а края оставались надежно приклеенными.

Благодаря этим экспериментам, инженеры определили, что материал липким делают три основных фактора: сдвиговое запаздывание, при котором деформация одной части пленки уменьшает деформацию другой части; частичное нарушение адгезии, когда отдельные сегменты вокруг раскрытого отверстия сохраняют частичное сцепление с поверхностью; и неоднородная деформация, при которой пленка может оставаться приклеенной, даже когда одни фрагменты поверхности, на которую она помещена, изгибаются и растягиваются больше, чем другие. Чжао отмечает, что другие исследователи могут брать для своих проектов полученные его командой результаты и находить оптимальный баланс трех параметров и наилучшие варианты разрезов в зависимости от применения.

После теоретических испытаний, инженеры перешли к практике. Чтобы продемонстрировать возможности разработки, исследователи создали на основе киригами пластырь, электрогрелку и носимое устройство. Испытания пластыря показали, что он может оставаться на колене даже после того, как доброволец согнул ногу 100 раз, а киригами-грелка при использовании 3-вольтового источника питания смогла поддерживать постоянную температуру 37 градусов Цельсия. В носимом электронном устройстве использовались электропроводные чернила и светодиоды. Ученые прикрепили его к локтю добровольца и подали ток: испытание показало, что диоды работают даже когда рука согнута.

Чжао и ее коллеги запатентовали технологию и уже сотрудничают с крупной китайской медицинской компанией, которая в настоящее время планирует создать аптечки с киригами-пластырями. В будущем инженеры планируют заменить эластомер гелем и продолжить эксперименты.

Недавно ученые также создали оригами-робота, который самостоятельно собирается после попадания в желудок и управляется магнитным полем. Они предлагают использовать его в медицинских целях для удаления инородных предметов из организма без хирургического вмешательства.