محققان MIT و سایر موسسات با الهام از ماهی در یک چانه زنی با استفاده از یک ارگان مکش ویژه برای قفل کردن کوسه ها و سایر حیوانات دریایی ، یک دستگاه چسب مکانیکی را طراحی کردند که می تواند به سطوح نرم تحت آب یا در شرایط شدید متصل شود و روزها یا هفته ها بماند.
محققان ، این دستگاه ، لایه مخاطی انواع سنسور یا کپسول توزیع مواد مخدر که پایبندی به پوشش مسیر GI را بسیار دشوار می کند. محققان با استفاده از سیستم های چسب جدید ، نشان داده اند که می توانند خود سازگاری را با سیستم GI تطبیق دهند تا داروهای ضد ویروسی HIV یا RNA تهیه کنند و همچنین می توانند آن را به عنوان سنسور بیماری ریفلاکس معده (GERD) توزیع کنند. این دستگاه همچنین می تواند در یک ماهی شنا برای نظارت بر محیط های آب نصب شود.
این طرح بر اساس کار جامع تیم تحقیق در مورد دیسک مانند مکنده Remora است. این دیسک ها دارای چندین ویژگی منحصر به فرد هستند که به آنها امکان می دهد تا محکم به رایانه های مختلف میزبان از جمله کوسه ها ، مارلین ها و پرتوهای خود رعایت کنند. با این حال ، تا حد زیادی ناشناخته است که چگونه بازسازی کنندگان چسبندگی به سطوح نرم و پویا در حال تغییر را حفظ می کنند.
Giovanni Traverso ، یک دستگاه گوارش ، متخصص گوارش در MIT ، یک دستگاه گوارش در بیمارستان بریگام و زنان ، استاد مهندسی مکانیک در MIT ، یک دستگاه گوارش در MIT ، یک دستگاه گوارش در MIT است.
دانشمند تحقیقات MIT زیلیانگ (تروی) کانگ نویسنده اصلی این مطالعه است. امروز به نظر می رسد درون ذاتبشر تیم تحقیقاتی همچنین شامل بیمارستان بریگام و بانوان ، موسسه Broadta و نویسندگان کالج بوستون است.
با الهام از طبیعت
بیشتر داروهای پروتئین و RNA نمی توانند به صورت خوراکی مصرف شوند زیرا قبل از جذب سیستم GI تجزیه می شوند. برای غلبه بر این ، آزمایشگاه Traverso در حال کار بر روی دستگاه های قابل پرستش است که می توانند بلعیده شوند و سپس به آرامی بارهای آنها را برای روزها ، هفته ها و حتی طولانی تر آزاد می کند.
یک مانع مهم این است که سیستم گوارشی با یک غشای مخاطی لغزنده پوشانده شده است که دائماً بازسازی می شود و چسبیدن به هر وسیله ای دشوار است. علاوه بر این ، هر وسیله ای که بتواند به این زیردستان متصل شود ، احتمالاً با مایعات حرکت در امتداد غذا یا جاده ، جابجا می شود.
برای یافتن راه حلی برای این چالش ها ، تیم MIT به Remora ، همچنین به عنوان Sucker Fish ، که برای حمل و نقل رایگان و دسترسی به قراضه مواد غذایی به میزبانان پایبند بودند ، نگاه کرد. برای کشف اینکه چگونه Remora او را به سطوح پویا و نرم آنقدر محکم متصل می کند ، Traveherso با کریستوفر کنلی ، استادیار زیست شناسی در کالج بوستون ملاقات کرد.
کار او نشان داد که توانایی Remora برای اتصال به صاحبخانه به چندین ویژگی مختلف بستگی دارد. اول ، دیسک جذب بزرگ ، درست مانند پیستون ، چسبندگی را از طریق مکش مبتنی بر فشار ایجاد می کند. علاوه بر این ، هر دیسک به یک محفظه چسب کوچک به طور جداگانه توسط ردیف های صفحه به نام لامل پیچیده شده در بافت نرم تقسیم می شود. این محفظه ها می توانند جذب اضافی را به طور مستقل در سطوح نرم غیر همگن ایجاد کنند.
نه نوع Remora وجود دارد ، و در هر یک ، این ردیف های لامپ کمی متفاوت هم تراز شده اند – برخی فقط موازی هستند ، در حالی که برخی دیگر الگوهای با ردیف های شیب دار در زوایای مختلف ایجاد می کنند. محققان ، این تفاوت ها ، می تواند کلید توضیح سازگاری تکاملی هر گونه با صاحبخانه باشد.
Remora Albescensگونه ای منحصر به فرد که در حفره شفاهی پرتوهای دارای موکادزیون است ، از این تیم الهام می گیرد تا دستگاه هایی را با طرفداران توسعه یافته بر روی سطوح نرم با جهت گیری لامپ منحصر به فرد و بسیار تمایل خود ایجاد کند. انواع دیگر Remora ، که به شناگرهای پر سر و صدا مانند مارینز و شمشیر متصل می شوند ، تمایل دارند که جهت گیری های بسیار موازی داشته باشند که بدون از دست دادن چسبنده ، به حالت های مختلف تغییر می کنند زیرا به سرعت در حال کشیدن از آب هستند. گونه های دیگر ، که ترکیبی از ردیف های موازی و زاویه دار هستند ، می توانند به میزبان های مختلف وصل شوند.
ستون فقرات کوچک که از لامپ ها بیرون زده می شوند ، به دستیابی به چسبندگی اضافی به یکدیگر با بافت میزبان کمک می کنند. این اسپین ها ، که به آن اسپینولها نیز گفته می شود ، صدها طول میکرون هستند و بافت را با حداقل تهاجمی می گیرند.
کانگ می گوید: “اگر جذب تقسیم در معرض نیروی برش باشد ، کانگ می تواند به حفظ مکش اصطکاک که با قرار دادن مکانیکی اسپینولها فعال می شود ، کمک کند.
محیط آبکی
با تقلید از این خصوصیات آناتومیکی ، تیم MIT توانست دستگاهی با چسبندگی قوی مشابه برای کاربردهای مختلف در محیط های زیر آب ایجاد کند.
محققان از لاستیک سیلیکون و دما -حساس از مواد هوشمند حساس برای ایجاد دستگاه های چسب خود که آنها را MOSA می نامند استفاده کردند (برای “سیستم نرم افزاری زیر آب مکانیکی)). دستگاه کاملاً منفعل ، شکل دیسک حاوی ردیف های لامپ مانند شبیه به Remora است و می تواند با استفاده از Mocosal Subcitine با استفاده از Gi Contracts.
لامپ ها حاوی ساختارهای کوچک میکرو -بول هستند که از اسپینولهایی که در Remora دیده می شوند تقلید می کنند. این ستون فقرات کوچک از آلیاژ حافظه شکل ساخته شده است که هنگام قرار گرفتن در معرض دمای بدن فعال می شود و به خارها اجازه می دهد تا یکدیگر را قفل کنند و سطح بافت را درک کنند.
محققان نشان داده اند که این دستگاه می تواند حتی در شرایط مرطوب یا زیاد اسیدی مانند بافت معده گوشت خوک ، دستکش نیتریل و شنا در مخزن ماهی به سطوح مختلف نرم وصل شود. بعداً ، آنها دستگاه را برای چندین برنامه مختلف ، از جمله نظارت بر محیط زیست موفق ، آزمایش کردند. محققان پس از افزودن سنسور دما به دستگاه ، نشان دادند که می توانند دستگاه را به ماهی وصل کنند و در حالی که ماهی با سرعت زیاد شنا می کند ، می توانند دمای آب را به درستی اندازه گیری کنند.
برای نشان دادن کاربردهای پزشکی ، محققان شامل یک سنسور امپدانس بر روی دستگاه هستند و نشان دادند که یک مدل حیوانات می تواند به مری بچسبد ، که به مایع معده اجازه می دهد تا ریفلاکس را کنترل کند. این می تواند جایگزینی برای سنسورهای فعلی برای آلمانی باشد که توسط لوله ای که از بینی یا دهان قرار گرفته و به قسمت پایین مری ثابت شده است ، فراهم شود.
آنها همچنین نشان دادند که از این دستگاه می توان برای انتشار مداوم دو گونه درمانی مختلف در آزمایشات حیوانات استفاده کرد. اول ، آنها نشان دادند که می توانند داروی HIV به نام Cabotegravir را در مواد (پلیکاپرولاکتون و سیلیکون) ادغام کنند که دستگاهی را تشکیل می دهند. یک بار ، هنگامی که معده به آستر چسبیده بود ، دارو به تدریج از دستگاه به مدت یک هفته پخش می شود.
Cabotegravir یکی از داروهای مورد استفاده برای آماده سازی HIV- پیشگیری از پیشگیری از ازدواج و همچنین درمان HIV است. این روشهای درمانی معمولاً به صورت قرص روزانه یا تزریق هر دو ماه انجام می شود.
محققان همچنین نسخه ای از دستگاه را ایجاد کردند که می تواند برای ارائه مولکول های بزرگتر مانند RNA استفاده شود. برای چنین زایمان ، محققان شامل RNA در میکرو لاملا هستند که می توانند آنها را به داخل معده تزریق کنند. محققانی که از کدگذاری RNA برای لسیفراز استفاده می کنند نشان دادند که می توانند با موفقیت ژن را به سلولهای گونه یا مری منتقل کنند.
محققان اکنون قصد دارند دستگاه را با واکسن ها و همچنین انواع دیگر داروها سازگار کنند. یکی دیگر از کاربردهای احتمالی استفاده از دستگاه ها برای تحریک الکتریکی آزمایشگاه Traverse است.
این تحقیق تا حدودی توسط بنیاد گیتس ، بخش مهندسی مکانیک MIT ، بیمارستان بریگام و زنان و آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته برای بهداشت تأمین شد.