紐約州賓漢頓——想象一下，如果你可以在不需要膠水的情況下將一些東西粘在皮膚上。生物傳感器、手表、通訊設(shè)備、時(shí)尚配飾——可能性是無(wú)限的。由于紐約州立大學(xué)賓漢姆頓大學(xué)的一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，那個(gè)時(shí)間可能比你想象的更近。
Guy German 副教授和Zachary Lipsky 博士 '21最近在Acta Biomaterialia雜志上發(fā)表了一項(xiàng)研究，該研究探討了人類皮膚如何控制裂縫形成的方式以及為什么在測(cè)量生物組織的機(jī)械特性時(shí)張力計(jì)會(huì)提供不精確的結(jié)果。
在此過(guò)程中，利普斯基開發(fā)了一種無(wú)需粘合劑即可將人體皮膚粘合到橡膠狀聚合物材料上的方法。最初是一種讓他們的實(shí)驗(yàn)更容易的方法，但他和德國(guó)人明白他們?nèi)〉昧酥卮蟀l(fā)現(xiàn)。
“有一天，扎克進(jìn)來(lái)說(shuō)，'是的，我做到了，'”德國(guó)人說(shuō)。“我當(dāng)時(shí)想，‘你到底是怎么做到的?你用膠水了嗎?因?yàn)槲覀冞€需要考慮膠水的機(jī)械性能。他說(shuō)，“不，我只是堅(jiān)持了下來(lái)。”我們看了看說(shuō)：以前做過(guò)嗎?從來(lái)沒(méi)有做過(guò)。所以我們?cè)谶@方面真的很高興。”
該技術(shù)的發(fā)明公開已經(jīng)提交，這可能會(huì)導(dǎo)致一項(xiàng)他所謂的“非常簡(jiǎn)單的技術(shù)”的專利，可以徹底改變生物技術(shù)。
“我不知道我們會(huì)在那里結(jié)束，但有時(shí)科學(xué)就是這樣運(yùn)作的，”German 笑著說(shuō)。
促成這一發(fā)現(xiàn)的研究題為“宏觀機(jī)械測(cè)量的精度受到人體角質(zhì)層固有結(jié)構(gòu)異質(zhì)性的限制”，始于德國(guó)人在機(jī)械工程領(lǐng)域的根源以及他對(duì)測(cè)試胡克定律對(duì)人體皮膚有效性的興趣。
“我們想，如果我們使用這些標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試技術(shù)來(lái)測(cè)量組織，尤其是皮膚組織的機(jī)械性能，它是否報(bào)告了正確的值?”他說(shuō)。“沒(méi)有人真正驗(yàn)證過(guò)它。”
由 17 世紀(jì)英國(guó)物理學(xué)家羅伯特·胡克 (Robert Hooke) 提出的定律指出，將彈簧拉伸或壓縮一段距離所需的力與該距離成正比。更一般地，研究人員可以使用該定律來(lái)測(cè)量不同材料的剛度以及破壞它們所需的能量。
“這讓我想到，在現(xiàn)代，你可以測(cè)量金屬和陶瓷的硬度。但是皮膚呢?”德國(guó)人說(shuō)。“金屬或陶瓷的成分相當(dāng)均勻，但皮膚和其他組織具有復(fù)雜且異質(zhì)的結(jié)構(gòu)，微尺度細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞-細(xì)胞連接相連。皮膚的外層也表現(xiàn)出復(fù)雜的微通道地形網(wǎng)絡(luò)，如果你看你的手背，就可以看到。”
他和利普斯基將皮膚樣本粘合到一塊聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 上，這是一種常用于生物工程和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備的橡膠狀材料。然后拉伸樣品。然后使用改進(jìn)的牽引力顯微鏡技術(shù)來(lái)量化皮膚施加在粘附基底上的機(jī)械載荷的變化。
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