Technika na skórze 8 lut, 10:39

Niedługo tatuaże przestaną być tylko ozdobą a staną się częścią naszego technologicznego wyposażenia, zadbają o nasze zdrowie albo powiadomią o smsie.

Nanotusze

Jeśli poprosisz Heather Clark o tatuaż, nie wyjdziesz z jej gabinetu ze smokiem na ramieniu czy tribalem na łydce. Jej pracę docenią za to ludzie chorzy na cukrzycę. Clark jest uczoną, która opracowuje inteligentne, oparte o nanotechnologię tusze do medycznych tatuaży, które wykrywają stężenie różnych substancji we krwi aby poinformować o tym pacjenta i lekarza. Pierwsza była glukoza. Dzisiaj większość osób zmagających się z cukrzycą musi kilkakrotnie w ciągu dnia nakłuwać palec aby wykonać test poziomu cukru. W czasie podróży czy w obliczu braku spokojnego, zapewniającego prywatność miejsca, czynność ta jest podwójnie uciążliwa. – Oni są zmęczeni ciągłą koniecznością poświęcania na to cennego czasu swojego życia – mówi badaczka z Northeastern University.

Niedługo tę sytuację będzie można zmienić. Opracowane przez prof. Clark nanocząstki są wstrzykiwane w skórę podobnie jak tusz do tradycyjnych tatuaży. Od zwykłego barwnika różnią się tym, że w obecności glukozy i odpowiedniego światła fluoryzują. Wystarczy skierować na skórę niewielki detektor, aby ocenić stężenie cukru we krwi. Zespół prof. Clark opracował już kompaktową przystawkę do iPhone'a, która spełnia tę rolę. Skomplikowana budowa medycznego tuszu może świadczyć o złożoności problemu, przed jakim stanęli badacze. Polimerowe cząstki o wielkości 120 nm (miliardowych części metra) składają się aż z trzech części - zawierają fluorescencyjny barwnik (nazwijmy go cząsteczką A), cząsteczkę wyłapującą z krwi badaną substancję (B) i specjalną cząsteczkę neutralizującą ładunek elektryczny (C). Po przyłączeniu glukozy do elementu B, cząsteczka C uwalnia jony, co zmienia postać barwnika A tak, że nabiera właściwości fluorescencyjnych. Im więcej glukozy krąży we krwi, tym więcej nanocząstek reaguje świeceniem, dając mocniejszy sygnał.

Stosując tę samą zasadę badacze opracowali już system wykrywający stężenie sodu, który m.in. może pomóc w monitorowaniu pracy nerek. Kolejne tusze mają reagować na rozpuszczone we krwi gazy jak azot i tlen, informując o wydolności płuc czy stanu chorych na anemię. Prof. Clark mówi, że tę metodę można zastosować do wykrywania szerokiej gamy różnych substancji chemicznych, w tym leków. Sposób ten jest też bardzo praktyczny. – Artyści zajmujący się tatuażami nakłuwają skórę i wstrzykują zbudowany z pewnych cząstek tusz, który pozostaje tam przez resztę życia. Nasze czujniki to nanocząstki, więc użycie ich jako monitorującego zdrowie tatuażu wydaje się być naturalnym wyborem – mówi badaczka.

Tatuaże z genami

Z pomocą tatuaży można nie tylko wykrywać obecne w ciele substancje, ale także je do organizmu dostarczać. W Niemieckim Centrum Badań nad Rakiem, w Heidelbergu przeprowadzono już testy z tatuażem uwalniającym szczepionkę. Zbadano pewien szczególny rodzaj szczepień, oparty o wstrzykiwanie genów, w tym wypadku odpowiedzialnych za produkcję pewnego białka ludzkiego wirusa HPV. Kłopot z genetycznymi szczepionkami polega na tym, że zwyczajnie zbyt słabo działają. W przeprowadzonym na myszach doświadczeniu szczepionka-tatuaż wywoływała co najmniej szesnaście razy silniejszą reakcję układu odpornościowego niż tradycyjny domięśniowy zastrzyk. Badacze widzą dwa mechanizmy, które mogą za to odpowiadać. Po pierwsze nakłucia wywołują niewielki stan zapalny, który pobudza system immunologiczny, po drugie stosunkowo duża powierzchnia tatuażu sprawia, że podawany materiał wchodzi w kontakt z większą liczbą komórek. Ze względu na ból podczas zabiegu, uczeni sądzą, że taki sposób mógłby się sprawdzić podczas szczepień zwierząt albo stosowania szczepionek terapeutycznych, których pozytywne efekty lecznicze przewyższałyby niedogodności.

Elektronaklejki

Nie tylko permanentne tatuaże inspirują naukowców ale także te udawane, które każdy może sobie na skórę nakleić przed wycieczką na plażę albo imprezą sylwestrową. W świecie medycyny to właśnie ten rodzaj tatuaży może odegrać kluczową rolę, pozwalając na współpracę technologii z ciałem. Dzisiejsze oparte na krzemie układy elektroniczne są twarde, kruche i łamliwe. Prof. John Rogers z University of Illionois postanowił to zmienić, zmniejszając do minimum ich grubość. Jak się okazuje, krzemową płytkę o mikroskopijnej grubości można zginać bez szkody dal jej budowy. Ilustrując to zjawisko, uczony chętnie podaje przykład kartki papieru, którą przecież uzyskuje się z twardego drewna. Pod wpływem zginania deska się łamie, kartka nie.

W czasie poszukiwań najlepszej postaci krzemowego materiału, jeden ze współpracowników badacza popełniając błąd, otrzymał strukturę, która skręcała się i składała w harmonijkę. Uzyskany przez przypadek wynalazek następnie udoskonalono tak, że możliwe stało się wytwarzanie skomplikowanych układów elektronicznych o mikroskopijnej grubości, które można zginać i rozciągać. Umieszczone na cienkim, przezroczystym podłożu stają się elektronicznymi tatuażami. Na skórze utrzymują je międzycząsteczkowe oddziaływania zwane siłami van der Waalsa (te same, dzięki którym gekon może chodzić po suficie). Tatuaże nakleja się tylko z użyciem wody i są praktycznie niewyczuwalne przez właściciela. Badacze zdołali już w nich zmieścić miniaturowe czujniki, tranzystory, anteny, diody, nawet ogniwa słoneczne i proste kamery. Prowadzone są właśnie prace nad zamontowaniem systemu WiFi do bezprzewodowej komunikacji.

Z pomocą niezwykłych naklejek uczonym udało się monitorować aktywność mięśni szkieletowych, serca i mózgu. Mają one wiele zalet w porównaniu do tradycyjnych metod. – Główną cechą naszej naskórkowej elektroniki jest naturalne połączenie z ciałem, bez konieczności używania przewodów, elektrod czy żeli, co pozwala uzyskać dużo bardziej wygodny i funkcjonalny system – wyjaśnia prof. Rogers. - Jeśli chcemy zrozumieć funkcjonowanie mózgu w naturalnym środowisku, z dzisiejszym sprzętem laboratoryjnym jest to niewykonalne. Najlepszym sposobem jest zapisanie sygnałów wysyłanych przez neurony w naturalnych warunkach, z pomocą urządzenia, które jest niezauważalne dla użytkownika – mówi o tatuażach współpracujący z prof. Rogersem prof. Todd Coleman z  University of California w San Diego. Badacze sądzą, że ich wynalazek może też pomóc osobom sparaliżowanym w komunikacji z komputerem. Elektroniczne naklejki są na tyle dokładne, że kiedy w trakcie jednego z testów przymocowano je go gardła, odczyt odpowiadających mowie ruchów mięśni pozwolił na sterowanie komputerową grą z ponad 90 proc. precyzją.

Dokonywanie pomiarów to nie wszystko. Twórcy sprytnych naklejek niedawno wyposażyli je w elementy, które potrafią wpływać na organizm, a konkretnie modulować pracę mięśni. Ta opcja może znaleźć zastosowanie w rehabilitacji narządu ruchu.

Co prawda wczesne wersje elektronicznych tatuaży odklejały się już po upływie jednej doby i były wrażliwe na wilgoć, ale pokrycie ich specjalnym bandażem w sprayu rozwiązuje ten kłopot i wydłuża czas używania jednej naklejki do tygodnia. Co ważne zastosowane materiały pozwalają skórze swobodnie oddychać. Jeśli ktoś ma takie życzenie, może bez przeszkód nakleić z wierzchu jeden z wielu dostępnych na rynku kolorowych wzorów. Nie będzie to przeszkadzało w działaniu tatuażu.

omysł zyskuje coraz większą popularność. W tym roku badacze otrzymali grant programu Grand Challenges Explorations ufundowanego przez Fundację Billa i Melindy Gates na opracowanie systemu do ciągłego śledzenia przebiegu ciąży. Mocowane do skóry naklejki mają odczytywać skurcze, temperaturę ciała matki, pracę jej serca i poziom tlenu w krwi matki oraz akcję serca płodu. Tatuaże mają bezprzewodowo przesyłać sygnał do telefonu komórkowego, skąd będą trafiały do chmury czyli na zdalny serwer. Nawet lekarz oddalony o tysiące kilometrów będzie miał łatwy dostęp do informacji na temat pacjentki i jej nienarodzonego dziecka. Badacze zwracają uwagę, że taki system będzie miał szczególnie istotne znaczenie w krajach trzeciego świata. 

W tym projekcie amerykański zespół widzi szanse na przeniesienie swojego pomysłu z laboratorium do szpitali. Wykorzystywana przez nich technologia korzysta z prostych modyfikacji już technik stosowanych już w przemyśle. Wynalazek można więc łatwo wprowadzić do masowej produkcji. Ma się tym zająć założona przez prof. Rogersa firma MC10.

Odbierz telefon

Możliwości tatuażowej technologii zaczynają dostrzegać najwięksi producenci elektroniki, choć pierwsze pomysły są raczej kuriozalne. Nokia zgłosiła w tym roku wniosek o patent na tatuaż który miałby wibrować pod wpływem sygnału z telefonu. Zgłoszono dwa rozwiązania. W jednym z nich opisywany jest pomysł przypominający elektroniczne tatuaże prof. Rogersa. Specjalna naklejka ma reagować na pole magnetyczne wysyłane przez telefon. Druga propozycja wykorzystuje ferromagnetyczny tusz, z którego wykonywałoby się pełnowartościowy tatuaż. Obie wersje mają umożliwiać różne drgania, które można zaprogramować w telefonie odpowiednio do dzwoniącej osoby czy rodzaju zdarzenia (połączenie, sms czy rozładowana bateria).

Czy pomysł zostanie zrealizowany i czy się przyjmie – nie wiadomo, możemy być jednak pewni, że  tatuaże przestaną być tylko tym, czym są dzisiaj.

Autor: Marek Matacz Źródło: Onet