Binghamton-Forscher haben herausgefunden, wie Sensoren ohne Klebstoff auf die Haut geklebt werden können

Associate Professor German Jay undy Zachary Lipsky, Ph.D. ’21Kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichte Forschung Acta biomaterialia Es untersucht, wie die menschliche Haut die Rissbildung kontrollieren kann und warum Tonometer bei der Messung der mechanischen Eigenschaften von biologischem Gewebe ungenaue Ergebnisse liefern.

Auf dem Weg dorthin entwickelte Lipsky eine Methode, um menschliche Haut ohne Klebstoff auf gummiähnlichen Polymermaterialien zu befestigen. Ursprünglich eine Möglichkeit, ihre Experimente zu erleichtern, erkannten er und der Deutsche, dass sie eine wichtige Entdeckung gemacht hatten.

„Zach kam eines Tages zu mir und sagte: ‚Ja, das habe ich gemacht'“, sagte German. „Ich dachte: ‚Wie um alles in der Welt hast du das gemacht? Hast du Klebstoff verwendet? Weil wir das berechnen müssen“ auch die mechanischen Eigenschaften des Klebers.‘ Und er sagte: ‚Nein, ich bin dabei geblieben.‘ Also schauten wir nach und sagten: ‚Ist das schon mal passiert? Es wurde noch nicht gemacht. Also sind wir wirklich glücklich in dieser Hinsicht.‘ .‘

Für diese Technologie wurde eine Erfindungsmeldung gemacht, die zu einem Patent für eine „sehr einfache Technologie“ führen könnte, die die Biotechnologie revolutionieren könnte.

„Ich wusste nicht, dass wir da enden würden, aber so funktioniert Wissenschaft manchmal“, sagt der Deutsche lachend.

Die Studie, aus der die Entdeckung mit dem Titel . hervorging „Die Genauigkeit großer mechanischer Messungen wird durch die strukturelle Heterogenität des menschlichen Stratum corneum begrenzt.“ Er begann mit seinen Wurzeln im Maschinenbau und seinem Interesse, die Gültigkeit des Hookeschen Gesetzes an der menschlichen Haut zu testen.

„Wir dachten, wenn wir diese Standardtesttechniken verwenden, um die mechanischen Eigenschaften von Geweben, insbesondere Hautgeweben, zu messen, werden dann die richtigen Werte gemeldet?“ Er hat gesagt. „Dies wurde von niemandem zuvor bestätigt.“

Das Gesetz wurde im 17. Jahrhundert vom britischen Physiker Robert Hooke entwickelt und besagt, dass die Kraft, die benötigt wird, um eine Feder um eine Distanz zu dehnen oder zu komprimieren, proportional zu dieser Distanz ist. Im Allgemeinen können Forscher dieses Gesetz verwenden, um die Härte verschiedener Materialien sowie die Energiemenge zu messen, die erforderlich ist, um sie zu brechen.

„Ich dachte, dass man in der Neuzeit messen kann, wie hart Metalle und Keramik sind. Aber was ist mit Leder?“, sagte German. „Metall oder Keramik hat eine ziemlich einheitliche Zusammensetzung, aber die Haut und andere Gewebe haben eine komplexe und heterogene Struktur mit mikroskopischen Zellen, die durch Zell-Zell-Verbindungen verbunden sind. Die äußere Schicht der Haut weist auch ein komplexes topographisches Netzwerk von Mikrokanälen auf, das“ kann man sehen, wenn man von der Hand auf die Rückseite schaut“.

Er und Lipsky klebten Hautproben an ein Stück Polydimethylsiloxan (PDMS), ein gummiartiges Material, das häufig in der Biotechnologie und in biomedizinischen Geräten verwendet wird. Dann wurden die Proben gestreckt. Die modifizierte Zugkraftmikroskopie-Technik wurde dann verwendet, um die Änderungen der mechanischen Belastungen zu bestimmen, die von der Haut auf das haftende Substrat ausgeübt werden.

„Wenn sich die Haut ausdehnt, wächst ein kleiner Schnitt, und wir können messen, wie viel Energie benötigt wird, um sie auf eine bestimmte Länge zu bringen“, sagte German. „Um die Energiekosten des Crackens im Maschinenbau zu messen, bekommt man normalerweise zwei Griffe, man zieht und spaltet. Man misst Kraft und Weg und man bestimmt die Energie. Aber das setzt voraus, dass das Material homogen ist – strukturell überall gleich. Was wir entdeckt haben ist, dass sich Risse in der äußeren Hautschicht ausbreiten. Auf eine sehr seltsame Weise.“

Die Risse verteilen sich entlang feiner topographischer Kanäle. Dies verlängert den allgemeinen Verlauf der Fraktur und erhöht die Energiekosten, die zum Brechen des Gewebes benötigt werden. Dieser Befund kann extrapoliert werden, um das Verhalten anderer menschlicher Gewebe zu erklären.

„Aufgrund der heterogenen Struktur der Haut bedeutet dies auch, dass der Schnittverlauf zufälliger wird. Deshalb bekommt man eine solche Varianz bei den Tensometer-Messungen der Haut“, sagte German, „denn obwohl man die Haut aus der exakt gleichen Quelle im gleichen exakten Alter, die Varianz von Probe zu Probe ist sehr hoch, weil die Schlitzpfade verzerrt sind.“

Nachdem Lipsky in diesem Frühjahr seinen Doktortitel erhalten hat, ist er nach San Diego, Kalifornien, gezogen und wurde Dermatologe in einem Unternehmen, das spezielle Düfte und Aromen herstellt.

„Ich wollte ihn für ein Jahr als Postdoktorand in Binghamton behalten“, sagte German. Er sagte: „Ich liebe es, aber ich habe bereits zwei Jobangebote! „Ich freue mich sehr für ihn.“