MADRID, 16 Oct (EUROPA PRESS)
Enginyers de la Universitat de Stanford, a Palo Alto, Califòrnia, Estats Units, han creat una 'pell' de plàstic que pot detectar la força amb la qual està sent pressionada i generar un senyal elèctric per enviar aquesta informació sensorial directament a una cèl·lula viva cerebral.
Un dels creadors, Zhenan Bao, professora d'Enginyeria Química a Stanford, Estats Units, ha passat una dècada intentant desenvolupar un material que imiti la capacitat de la pell de flexionar-se i curar-se, mentre que serveix com una xarxa de sensors que envia senyals tàctils, de temperatura i de dolor al cervell. En última instància, aquesta experta vol crear un teixit electrònic flexible incrustat amb sensors que pugui cobrir pròtesis i replicar algunes de les funcions sensorials de la pell.
El treball de Bao, que es detalla en un article publicat aquest dijous a 'Science', fa un pas endavant cap al seu objectiu en replicar un aspecte del tacte, el mecanisme sensorial que permet distingir la diferència de pressió entre una encaixada de mans feble i una encaixada ferma.
"Aquesta és la primera vegada que un material flexible semblant a la pell pot detectar la pressió i transmetre un senyal a un component del sistema nerviós", destaca Bao, que va dirigir l'equip d'investigació format per 17 persones responsables de fer aquesta pell artificial.
TÉ DUES CAPES AMB DIFERENTS FUNCIONS
El nucli de la tècnica és una construcció de plàstic de dues capes: la capa superior crea un mecanisme de detecció i la capa inferior actua com a circuit per transportar senyals elèctrics i traduir-los en estímuls bioquímics compatibles amb les cèl·lules nervioses. La capa superior d'aquest nou treball té un sensor que pot detectar pressió igual que la pell humana, des d'un lleuger toc amb els dits fins a una ferma encaixada de mans.
Fa cinc anys, els membres de l'equip de Bao van descriure per primera vegada com utilitzar els plàstics i els cautxús com a sensors de pressió en mesurar-ne l'elasticitat natural de les estructures moleculars. A continuació, es va incrementar aquesta sensibilitat en afegir un patró de bresca al plàstic fi, i comprimir encara més els ressorts moleculars del plàstic.
Per explotar aquesta capacitat de detecció de pressió electrònica, l'equip va dispersar milers de milions de nanotubs de carboni a través del plàstic amb patró de reixeta. En posar pressió sobre el plàstic, es premen els nanotubs que estan més junts i permet conduir l'electricitat.
Això va permetre que el sensor de plàstic imités la pell humana, transmetent informació de la pressió amb polsos curts d'electricitat, de manera semblant al codi Morse, al cervell. L'augment de pressió sobre els nanotubs de reixeta els va estrènyer encara més, i va permetre que fluís més electricitat a través del sensor, i aquests impulsos variats envien una mena polsos curts al mecanisme de detecció.
Treure la pressió relaxa el flux dels polsos, cosa que indica un toc lleuger, i eliminar qualsevol tipus de pressió fa que els polsos cessin completament. Després, l'equip va enganxar aquest mecanisme de detecció de pressió a la segona capa de la pell artificial, un circuit electrònic flexible que podria portar els impulsos elèctrics a les cèl·lules nervioses.
L'equip de Bao ha estat desenvolupant electrònica flexible que pugui doblegar-se sense trencar-se. Per a aquest projecte, aquests experts van treballar amb investigadors de PARC, una companyia de Xerox, que té una tecnologia que utilitza una impressora d'injecció de tinta per col·locar circuits flexibles al plàstic. Cobrir una superfície gran és important per fabricar pell artificial pràctica i la col·laboració amb PARC ha ofert aquesta possibilitat.
Finalment, l'equip va haver de provar que el senyal electrònic podria ser reconegut per una neurona biològica i ho va fer mitjançant l'adaptació d'una tècnica desenvolupada per Karl Deisseroth, professor de Bioenginyeria a Stanford, que ha estat pioner en un camp que combina la genètica i l'òptica, anomenada optogenética. Investigadors van dissenyar cèl·lules perquè fossin sensibles a freqüències de llum específiques i, a continuació, van utilitzar polsos de llum per canviar les cèl·lules, o els processos que es produeixen a dins, apagades o enceses.
Per a aquest experiment, els membres de l'equip van fabricar una línia de neurones per simular una part del sistema nerviós humà. Ells van traduir els senyals de pressió electrònics de la pell artificial en impulsos de llum, que van activar les neurones, cosa que va demostrar que la pell artificial podria generar una sortida sensorial compatible amb les cèl·lules nervioses.
Es va utilitzar l'optogenètica només com a prova experimental del concepte, segons Bao, i altres mètodes d'estimulació dels nervis són susceptibles de col·locar-se en dispositius protètics reals. L'equip de Bao ja ha treballat amb Bianxiao Cui, professor associat de Química a Stanford, per demostrar que l'estimulació directa de les neurones amb polsos elèctrics és possible.
Ara, aquests experts preveuen desenvolupar diferents sensors per replicar, per exemple, la capacitat de distingir la pana de la seda o un got d'aigua freda d'una tassa de cafè calent, una cosa que saben que portarà temps. Hi ha sis tipus de mecanismes de detecció biològica a la mà de l'home i l'experiment descrit a 'Science' només n'informa d'un.
