Ein Forschungsteam von der Toyohashi University of Technology in Japan hat entwickelte eine extrem streckbare und verformbare Bioprobe mit Kirigami Designs. Kirigami ist wie Origami eine japanische Papierkunst, unterscheidet sich aber von Origami dadurch, dass neben dem Falten auch Papier geschnitten wird.
Kredit: Toyohashi Universität der Technologie
Mit diesem, leitender Forscher Takeshi KawanoEnglisch: bio-pro.de/en/region/stern/magazin/...3/index.html Der promovierte Professor für elektrische und elektrische Informationstechnik an der Universität und sein Team wollen den Einsatz von Standardmaterialien in der dehnbaren Elektronik revolutionieren.
Die Studie ist veröffentlicht in erweiterten Gesundheitsmaterialien.
Was ist eine Bioprobe?
Eine Bioprobe ist ein Gerät zur Untersuchung von Körperteilen oder Wunden. Derzeit wird es sowohl in der Chirurgie als auch in der Medizin eingesetzt.
Elastomer ist ein Standardmaterial, das verwendet wird, um dehnbare Vorrichtungen wie eine Bioprobe herzustellen. Da das Material jedoch intrinsisch eine große Dehnungskraft erfordert, um es zu dehnen, kann eine Biosonde auf Elastomerbasis der Deformation von empfindlichen Organen wie weichen biologischen Geweben nicht folgen. Mit der herkömmlichen Biosonde können Forscher die natürliche Verformung und das Wachstum solcher Organe nicht untersuchen.
Der Moment der Inspiration
Eines Morgens wachte Kawano auf und sah seinen Sohn mit Origami und Kirigami spielen. Mit ein paar Schnitten machte der Junge ein einfaches altes, flaches Papier zu einem hoch dehnbaren Material, das sich in mehrere dreidimensionale Formen verformte.
„Ich habe gesehen, dass er eine hohe Dehnbarkeit des Papiers festgestellt hat während der Erstellung der Kirigami-Designs “, sagte Kawano in einer Erklärung. "Das hat mich gefragt, ob es möglich ist, dehnbare Elektronik nach dem Konzept von Kirigami zu entwickeln."
Vorteile einer Kirigami-basierten Bioprobe
Im Gegensatz zur herkömmlichen Biosonde auf Elastomerbasis, die das Material selbst dehnt, dehnt sich die neu entwickelte Bioprobe auf der Basis von Kirigami aus, indem sie jeden Strahl um die Schlitze biegt. Als Ergebnis erlaubt eine Kirigami-basierte Biosonde, dass starre und nicht dehnbare Materialien dehnbarer gemacht werden können als eine Biosonde auf Basis von Elastomeren.
Wegen ihrer hohen Dehnbarkeit kann eine Kirigami-basierte Bioprobe verwendet werden, um der Form von kugelförmigen und großen verformbaren biologischen Proben, wie einem Herz- oder Hirngewebe, zu folgen.
Kredit: Toyohashi Universität der Technologie
"Die Dehnbarkeit der Kirigami-Folie kann durch die Schlitzkonstruktion bestimmt werden", sagte Kawano gegenüber The University Network (TUN). „Wir haben 1,100% Dehnbarkeit gezeigt. Da die Biegekraft des Dünnfilms geringer ist als die Dehnungskraft der Elastomermaterialien, ist die Dehnungsspannung der Kirigami-Struktur im Vergleich zu den auf Elastomer basierenden dehnbaren Vorrichtungen erheblich geringer. “
Die geringe Belastungskraft einer auf Kirigami basierenden Bioprobe verringert auch die Kraft, die auf die Organe ausgeübt wird, und zeichnet biologische Signale auf eine weniger invasive Weise auf.
"Wir freuen uns außerordentlich, dass die hergestellten Bioprobes auf Kirigami-Basis die eindeutigen Vorteile einer hohen Dehnbarkeit und Verformbarkeit aufweisen und in der Lage sind, biologische Signale von der kortikalen Oberfläche und dem schlagenden Herzen einer Maus aufzuzeichnen", sagte Kawano in einem Aussage.
Anwendungen für Kirigami-basierte Methoden
Die Forscher glauben, dass ihr Kirigami-basiertes Verfahren in jeder Industrie eingesetzt werden kann, in der Geräte wie Sensoren oder Aktuatoren dehnbar sind und eine geringe Dehnungskraft haben.
Insbesondere mit Kirigami-basierten Bioprobes werden Medizinprodukte, die auf empfindliche Organe angewendet werden, eine höhere Zugänglichkeit und Präzision aufweisen. Beispielsweise hilft eine auf Kirigami basierende Bioprobe den Forschern bei der Untersuchung von Geweben und Organen, die zeitabhängige Veränderungen ihrer Oberfläche und ihres Volumens aufgrund von möglichem Wachstum oder Krankheit aufweisen. Gelingt dies, können die Ergebnisse zum Verständnis der Mechanismen beitragen, die für Wachstum und Krankheiten wie Alzheimer verantwortlich sind.
"Die geringe Beanspruchung unserer Kirigami-Bioprobe führt zu einer geringen Belastung des biologischen Gewebes durch das Gerät, sodass die Beschädigung des Gewebes auf ein Minimum reduziert werden kann", sagte Kawano gegenüber TUN.
Das Team glaubt auch, dass sie eine Kirigami-basierte Bioprobe für die Gehirn-Maschine-Schnittstelle (BMI) -Technologie und medizinische Behandlung von Gehirn- oder Herzkrankheiten anwenden können.
"Neben der Dehnbarkeit realisiert die Kirigami-Struktur die verschiedenen dreidimensionalen Transformationen unter Verwendung anderer Schlitzdesigns", sagte Kawano gegenüber TUN. "Daher hat es mehr Möglichkeiten, Funktionen zu den Filmgeräten hinzuzufügen."
