A fost testat pentru capacitatea sa de a adera la interiorul tractului digestiv.
Majoritatea adezivilor nu se pot lipi de suprafețele umede, deoarece apa și alte lichide perturbă mecanismele de legare ale adezivului. Totuși, această problemă a fost rezolvată frumos prin evoluție în Remora Suckerfish, care folosește un disc adeziv deasupra capului pentru a se atașa de animale precum delfini, rechini și chiar raze manta.
O echipă de oameni de știință MIT a aruncat acum o privire atentă asupra acestor discuri Remora și le-a proiectat invers. „Practic, am analizat natura pentru inspirație”, spune Giovanni Traverso, profesor la Departamentul de Inginerie Mecanică MIT și autor principal al studiului.
Lipirea varietății
Discurile adezive Remora sunt o adaptare evolutivă a primei aripioare dorsale a peștilor, cea care la alte specii se află deasupra corpului, chiar în spatele capului și al capacelor de branhie. Discul se bazează pe o coloană vertebrală intercalară – o structură osoasă care a evoluat cel mai probabil din părți ale coloanei vertebrale. Această structură osoasă susține lamele, plăci osoase specializate, cu vârfuri minuscule orientate spre spate, numite spinule. Întregul disc este acoperit cu compartimente de țesut moale care sunt deschise în partea de sus. „Acest lucru face ca peștele Remora să adere foarte bine la gazdele marine cu corp moale, cu mișcare rapidă”, spune Traverso.
O remora se atașează de gazdă apăsându-se pe piele, care împinge apa din aceste compartimente, creând o zonă de joasă presiune. Apoi, spinulii se împletesc mecanic cu suprafața gazdei, făcând ca totul să funcționeze un pic ca o combinație între o cană de aspirație și velcro. Când peștele dorește să se detașeze de o gazdă, ridică discul, lăsând apa înapoi în compartimente pentru a îndepărta aspirația. Odată eliberat, poate înota pur și simplu.
Ceea ce i -a impresionat cel mai mult pe oamenii de știință a fost cel mai mult versatilitatea acestor discuri. Specii de remora asociate recifului Phtheirrichthys lineatus sunt generaliști și se lipesc de diverse gazde, inclusiv alți pești, rechini sau țestoase. Alte specii care trăiesc în marea deschisă sunt mai specializate și sunt atașate de cetacee, pește -sabie sau marlins. În timp ce majoritatea remorei se atașează de țesutul extern al gazdelor lor, R. albescens Sticks în cadrul cavităților orale și al camerei de branhie din razele manta.
Un apropiat al tamponului adeziv al unei remorei. Credit: Stephen Frink
Pentru a afla ce face ca toate aceste discuri diferite să fie atât de bune în lipirea sub apă, echipa și -a examinat pentru prima dată anatomia în detaliu. S -a dovedit că diferența dintre discuri a fost în mare parte în poziționarea lamelelor. Speciile generaliste au un amestec de lamele paralele și unghiulare, în timp ce remorasul care se lipesc de gazdele care se înlăture rapid le au în mare parte paralel. R. albescenspe de altă parte, nu are un model de orientare dominantă lamelelor, dar le -a poziționat într -o varietate foarte mare de unghiuri.
Cercetătorii au dorit să realizeze un dispozitiv adeziv care să funcționeze pentru o gamă largă de aplicații, inclusiv explorarea maritimă sau fabricarea subacvatică. Totuși, obiectivul lor inițial a fost proiectarea unei platforme de administrare a medicamentelor care se putea lipi în mod fiabil de pereții interiori ai tractului gastrointestinal. Deci, au ales R. albescens Discurile ca punct de plecare, deoarece acea specie se atașează deja intern de gazda sa. Ei au numit dispozitivul lor un sistem mecanic de adeziune moale subacvatic (MUSA).
Cu toate acestea, nu au optat doar pentru un design biomimetic, copiere și paste. „Au fost lucruri pe care le -am făcut diferit”, spune Traverso.
Modernizarea naturii
Prima diferență cheie a fost implementarea. Musas trebuia să călătorească pe tractul GI pentru a ajunge la destinație, așa că prima provocare a fost să o facă să se încadreze într -o pastilă. Echipa a ales Capsula de mărime 000, care la 26 de milimetri lungime și 9,5 milimetri în diametru, este cea mai mare formă de ingerare aprobată de administrarea alimentelor și medicamentelor. Musas avea o structură de susținere – la fel ca discurile Remora, dar făcute cu oțel inoxidabil. Lamelele unghiulare cu spinule la modă după cele de pe R. albescens au fost confecționate dintr-un aliaj de nichel-titanium de memorie. Rolul țesuturilor moi ale Remorei, care asigură aspirația prin împărțirea discului în compartimente, a fost jucat de un elastomer.
Musas, ar fi înghițit într -o formă pliată în pastila sa uriașă. „Capsula este reglată pentru a se dizolva într -un mediu specific de pH, care este modul în care determinăm locația țintă – de exemplu, intestinul subțire are un pH ușor diferit decât stomacul”, spune Ziliang Kang, un cercetător MIT din grupul Traverso și autorul principal al studiului. Odată eliberat, aliajul de memorie de formă din structurile asemănătoare cu lamelele Musas s-ar desfășura ca răspuns la temperatura corpului și totul s-ar lipi de peretele organului țintă, fie că este vorba de esofagul, stomacul sau intestinele.
Mecanismul de lipire a fost, de asemenea, un pic diferit de cel al Remore. „Peștele se poate înota și se apasă activ pe suprafața la care vrea să se lipească. Musas nu poate face asta, așa că, în schimb, ne -am bazat pe mișcările peristaltice din tractul GI pentru a exercita forța necesară”, explică Traverso. Când mușchii se vor contura, Musas ar fi apăsat pe perete și se vor atașa de el. Și era de așteptat să rămână acolo destul de mult timp.
Echipa a condus o serie de experimente pentru a evalua performanța MUSAS în câteva scenarii diferite. Aplicarea platformei de livrare a drogurilor a fost testată pe probele de organe de porc. Musas a rămas în tractul GI de probă pentru o medie de nouă zile, cel mai lung timp de lipire ajungând la trei săptămâni și jumătate. Musas a reușit să rămână pe loc, în ciuda alimentelor și a lichidelor care trec prin eșantioane.
Chiar și atunci când echipa a tras dispozitivele cu o pipetă pentru a testa ceea ce au numit „rezistența interferențelor dinamice”, Musas a alunecat puțin, dar a rămas ferm atașat. Alte experimente au inclus utilizarea MUSA -urilor pentru a atașa senzori de temperatură la țesuturile externe ale peștilor vii și punerea senzorilor care ar putea detecta evenimente de reflux în tractul GI al porcilor vii.
Ramificarea
Echipa lucrează la fabricarea MUSAS compatibilă cu o gamă mai largă de medicamente și vaccinuri mRNA. „De asemenea, ne gândim să folosim acest lucru pentru stimularea țesuturilor”, spune Traverso. Soluția pe care o are în minte ar folosi MUSA pentru a livra impulsuri electrice pe pereții tractului GI, pe care laboratorul lui Traverso a demonstrat-o poate activa hormonii care reglementează apetitul. Dar echipa dorește, de asemenea, să depășească aplicațiile medicale strict.
Echipa a demonstrat că Musas este într -adevăr puternic ca adeziv. Când se lipește de o suprafață, poate ține o greutate de peste o mie de ori mai mare decât a sa. Acest lucru pune Musas mai mult sau mai puțin la egalitate cu unii dintre cei mai buni adezivi pe care îi avem, cum ar fi lipiciul poliuretan sau rășini epoxidice. Mai mult decât atât, această rezistență la lipire a fost măsurată atunci când Musas a fost atașat de suprafețe moi, inegale, umede. „Pe o suprafață rigidă, uniformă, raportul forță-greutate ar trebui să fie și mai mare”, susține Kang. Și acest lucru, crede Kang, face ca variantele scalate ale MUSAS să fie o potrivire bună pentru fabricarea subacvatică.
„Primul scenariu pe care îl văd este să folosesc Musas ca prindere atașate de brațele robotice care se mișcă în jurul obiectelor moi”, explică Kang. În prezent, acest lucru se face folosind sisteme de vid care aspiră pur și simplu o țesătură sau o altă suprafață. Problema este că aceste soluții sunt destul de complexe și grele. MUSA-urile scalate ar trebui să poată realiza același lucru pasiv, reducerea costurilor și a greutății. A doua idee pe care Kang o are este utilizarea MUSA în roboți concepute pentru a efectua lucrări de întreținere sub linia de plutire pe bărci sau nave. „Încercăm cu adevărat să vedem ce este posibil”, spune Traverso.
Natura, 2025. Doi: 10.1038/s41586-025-09304-4
Jacek Krywko este un scriitor de știință și tehnologie independentă care acoperă explorarea spațială, cercetarea inteligenței artificiale, informatică și tot felul de vrăjitorie de inginerie.
