Ученые создали татуировку

Apr 23, 2023

«Кислородный датчик является подтверждением концепции целого ряда датчиков, которые мы могли бы создать», — сказал Дэвид Каплан. Иллюстрация: Shutterstock

Материал на основе шелка под кожей меняет цвет в ответ на кислород и в будущем может быть адаптирован для отслеживания глюкозы и других компонентов крови.

Люди делают татуировки, чтобы увековечить память о событии или человеке, сделать заявление или просто в качестве эстетического украшения. Но представьте себе татуировку, которая могла бы быть функциональной: сообщать вам, сколько кислорода вы используете во время тренировок, измерять уровень глюкозы в крови в любое время суток или контролировать ряд различных компонентов крови или воздействие токсинов окружающей среды.

Теперь инженеры из Университета Тафтса сделали важный шаг к этому, изобретя материал на основе шелка, помещаемый под кожу, который светится ярче или тусклее под лампой при воздействии различных уровней кислорода в крови. О своих выводах они сообщили в журнале Advanced Functional Materials.

Новый датчик, который в настоящее время ограничивается измерением уровня кислорода, состоит из геля, образованного из белковых компонентов шелка, называемого фиброином. Белки фиброина шелка обладают уникальными свойствами, которые делают их особенно пригодными для использования в качестве имплантируемого материала.

Когда они снова собираются в гель или пленку, их можно отрегулировать, чтобы создать структуру, которая сохраняется под кожей от нескольких недель до более года. Когда шелк разрушается, он совместим с организмом и вряд ли вызовет иммунный ответ.

Небольшой диск датчика кислорода из шелковой пленки светится фиолетовым под воздействием ультрафиолета и кислорода. Детектор может определить уровень кислорода по яркости и продолжительности фиолетового свечения. Справа: параллельное сравнение обычного шелкового сенсорного материала и материала, подверженного воздействию УФ-излучения. Изображение: Томас Фалькуччи/Университет Тафтса

Вещества в крови, такие как глюкоза, лактат, электролиты и растворенный кислород, дают представление о здоровье и работоспособности организма. В медицинских учреждениях их отслеживают путем забора крови или присоединения пациентов к громоздким машинам. Возможность непрерывного неинвазивного мониторинга их уровня в любых условиях может быть огромным преимуществом при отслеживании определенных условий.

Диабетикам, например, приходится брать кровь для измерения уровня глюкозы, часто ежедневно, чтобы решить, что есть или когда принимать лекарства. Напротив, концепция, намеченная командой Тафтса, состоит в том, чтобы значительно упростить мониторинг, буквально проливая свет на состояние человека.

«Шелк представляет собой удивительное сочетание многих замечательных свойств», — сказал Дэвид Каплан, профессор инженерного дела семьи Стерн в Инженерной школе и ведущий исследователь исследования. «Мы можем формовать из него пленки, губки, гели и многое другое. Он не только биосовместим, но и может удерживать добавки, не изменяя их химический состав, и эти добавки могут обладать сенсорными способностями, которые обнаруживают молекулы в окружающей среде. Датчик кислорода является тому доказательством». концепции ряда датчиков, которые мы могли бы создать».

Химический состав протеинов шелка позволяет им легче улавливать и удерживать добавки, не меняя при этом их свойств. Для создания датчика кислорода исследователи использовали добавку под названием PdBMAP, которая светится под воздействием света определенной длины волны. Это свечение имеет интенсивность и продолжительность, пропорциональные уровню кислорода в окружающей среде.

Шелковый гель проницаем для окружающих его жидкостей, поэтому PdBMAP «видит» те же уровни кислорода в окружающей крови. PdBMAP также полезен, поскольку он светится или фосфоресцирует под воздействием света, проникающего через кожу. Другие кандидаты в датчики могут реагировать только на длины волн света, которые не могут проникнуть через кожу.

Исследователи больше полагаются на компонент «продолжительность» фосфоресценции для количественного определения уровня кислорода, поскольку интенсивность свечения может варьироваться в зависимости от глубины и размера имплантата, цвета кожи и других факторов. Продолжительность свечения уменьшается по мере увеличения уровня кислорода.