Sıcaklık değişimlerini hissedebilen yapay deri üretildi

Geliştirilen bu malzeme kullanılarak, protezlere sıcaklık algılayabilme özelliği kazandırılabilecek. Ayrıca bu malzeme, olası bir enfeksiyona karşı (enfeksiyon olduğunda vücut sıcaklığı yükselir) sağlık personelini uyarma özelliğine sahip yara bandı olarak da kullanılabilecek.

Çalışmanın makalesi 1 Şubat’ta Science Robotics dergisinde yayınlanacak.

Sıcaklık değişimlerine karşı elektriksel tepki verebilen bu malzeme; Caltech’te araştırmacı olan Chiara Daraio liderliğindeki ekip tarafından, petri kabında yapay ağaç üretimi üzerinde çalışılırken bulundu. Çalışmada, bitkilerin hücre duvarında bulunan ve sıcaklık hassasiyetinden sorumlu bileşik olan pektin kullanıldı. Daraio’ya göre; pektin, ağaç endüstrisinde, jelleştirici ajan olarak kullanılan, reçel yapmamızı sağlayan, kolay elde edilebilen, ucuz bir maddedir.

Ekip, yalnızca pektin ve su moleküllerinden oluşan, 20 mikrometre kalınlığında (ortalama bir insan saç teli kalınlığında) şeffaf, esnek bir film ürettiler. Filmdeki pektin molekülleri, kalsiyum iyonları ile zayıf olarak bağlanmış, çift sarmal yapıdadır. Sıcaklık arttığında; bağlar kırılarak, çift sarmal çözülür ve pozitif yüklü kalsiyum iyonları açığa çıkar. Serbest kalsiyum iyonlarının konsantrasyonundaki artış ya da iyonların hareketliliğindeki artış, malzeme içindeki elektriksel direnci azaltmaktadır. Bu azalma da film içerisinde bulunan elektrotlar sayesinde ölçülebilmektedir.

Bu filmdeki sıcaklık algılama mekanizması çıngıraklı yılanların avlarını, vücut sıcaklıklarından tanımaya olanak veren hücresel mekanizma ile aynı şekilde tasarlanmıştır. Bu mekanizmada; hücre zarında bulunan iyon kanalları sayesinde sinir ağları genişler ve bir sensör gibi davranarak algılamayı sağlar. Bu genişleme, kalsiyum iyon akışına izin verir ve elektriksel uyarılar tetiklenir.

Robotik ve biyomedikal uygulamalarda kullanılabilecek bu yapay deri; yaklaşık 5°C ve 50°C arasındaki sıcaklıklardaki küçük değişimleri bile algılayabiliyor.

Ekibin bir sonraki hedefi, malzemenin sıcaklık algısını 90°C’ye çıkararak endüstriyel uygulamalarda kullanımını da sağlamak.

Kaynak
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2017-01/ciot-eca012717.php

Görseller
https://techxplore.com/news/2017-01-artificial-skin-temperature.html

İleri Okuma
"Biomimetic temperature-sensing layer for artificial skins," Science Robotics, robotics.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/scirobotics.aai9251.