(Phys.org) - Pesquisadores liderados por cientistas da Case Western Reserve University se voltaram para um modelo improvável para tornar os dispositivos médicos mais seguros e confortáveis ​​- o bico de uma lula.

Muitos implantes médicos requerem materiais rígidos que devem se conectar ou atravessar os tecidos moles do corpo. Essa incompatibilidade mecânica leva a problemas como rompimento da pele em tubos de alimentação abdominal em pacientes com AVC e onde fios passam pelo tórax para alimentar bombas cardíacas auxiliares. Digite a lula.

A ponta do bico de uma lula é mais dura do que os dentes humanos, mas a base é tão macia quanto o corpo semelhante à gelatina do animal. A fim de conectar essas duas partes mecanicamente diferentes da lula, a maior parte do bico tem um gradiente mecânico que atua como um amortecedor para que o animal possa morder um peixe com força de esmagamento de ossos, mas sem sofrer desgaste em sua boca carnuda .

A tecnologia da natureza pode tornar uma variedade de dispositivos médicos mais confortáveis ​​e seguros para os pacientes, de sensores de glicose para diabéticos a próteses de braços e pernas que se prendem aos ossos de amputados, dizem os pesquisadores. Seu trabalho é publicado hoje no Jornal da American Chemical Society .

"Estamos imitando a arquitetura e as propriedades aprimoradas pela água da lula para gerar esses materiais, "disse Stuart J. Rowan, o professor Kent H. Smith de ciência macromolecular e engenharia da Case Western Reserve, e autor sênior.

Rowan trabalhou com o estudante de doutorado Justin D. Fox e o professor assistente de engenharia biomédica Jeffrey R. Capadona no CWRU, e Paulo D. Marasco, quem, como Capadona, é o investigador principal do Centro de Tecnologia de Plataforma Avançada do Centro Médico Louis Stokes Cleveland do Departamento de Assuntos de Veteranos.

Outros pesquisadores mostraram que a estrutura do bico é um nanocompósito composto por uma rede de fibras de quitina incorporadas em proteínas estruturais cada vez mais reticuladas da boca às pontas. O gradiente está presente quando o material do bico está seco, mas é dramaticamente melhorado quando na água, ambiente natural da lula.

Rowan e Capadona estavam entre uma equipe de pesquisadores que havia relatado anteriormente um material que imita a pele do pepino-do-mar, que é macio e flexível quando molhado e rígido e duro quando seco.

Eles pensaram que o material, na forma de um filme, poderia ser reticulado com nanofibras para manter a rigidez quando molhado. Eles encheram o filme com nanocristais de celulose funcionalizados que, quando exposto à luz, formar ligações cruzadas.

Para aumentar a rigidez do filme, uma extremidade foi exposta a nenhuma luz e as seções subsequentes a cada vez mais luz. Quanto mais longa a exposição, mais ligações cruzadas se formaram.

Assim como o bico, o grau de macio para duro era mais íngreme quando molhado. A água desliga as ligações não covalentes mais fracas que se formam quando o material está seco.

O ambiente úmido dentro do corpo também aumentará o gradiente, o que torna esta tecnologia especialmente atraente para implantes, dizem os pesquisadores.

"Existem muitos lugares na medicina onde usamos materiais duros, mas somos principalmente macios, "Disse Marasco. O contraste é uma receita para feridas e infecção, desempenho insatisfatório e falha do implante.

Agulhas em bombas de insulina para diabéticos, stents de metal inseridos em vasos sanguíneos e eletrodos inseridos em músculos ou cérebros poderiam ser mais seguros e eficazes se os materiais permanecessem duros onde deveriam estar, mas protegendo os tecidos moles circundantes.

"Membros protéticos são conectados ao braço ou perna com um encaixe de plástico rígido que se encaixa sobre o membro residual, "Marasco continuou." Mas o osso se move sob a órbita e pode danificar o tecido mole interno, enquanto o soquete pode ser duro na pele onde faz contato. "

Uma solução melhor, ele disse, seria inserir uma inserção de metal no osso dentro do corpo e prender uma prótese diretamente fora do corpo usando esse tipo de amortecedor mecânico onde o metal duro passa através da pele macia.

Os pesquisadores já estão trabalhando na próxima geração de materiais e estratégias de cross-linking para tornar o gradiente do buffer mais íngreme. A ponta do bico de uma lula é 100 vezes mais dura do que a parte mais macia, enquanto a ponta dura deste primeiro mímico é cinco vezes mais dura do que sua extremidade macia.

"Esta é uma prova de conceito, Rowan disse. "Agora que mostramos que o conceito funciona, estamos ficando um pouco mais complicados e direcionados a materiais que nos permitirão chegar mais perto dos aplicativos."