Immagina di poter attaccare qualcosa alla tua pelle senza bisogno di colla. Un biosensore, un orologio, un dispositivo di comunicazione, un accessorio di moda:le possibilità sono infinite. Grazie a una scoperta alla Binghamton University, Università statale di New York, quel momento potrebbe essere più vicino di quanto pensi.

Professore Associato Guy German e Zachary Lipsky, dottorato di ricerca '21, ricerca recentemente pubblicata sulla rivista Acta Biomaterialia che esplora come la pelle umana può controllare il modo in cui si formano le crepe e perché i tensometri offrono risultati imprecisi quando si misurano le proprietà meccaniche dei tessuti biologici.

Lungo la strada, Lipsky ha sviluppato un metodo per legare la pelle umana a materiali polimerici simili alla gomma senza adesivo. Originariamente un modo per rendere più facili i loro esperimenti, lui e German compresero di aver fatto una scoperta significativa.

"Zac è venuto un giorno e ha detto:'Sì, L'ho fatto, '", ha detto il tedesco. "Ero tipo, 'Come diavolo hai fatto? Hai usato una colla?' Perché dovremmo tenere conto anche delle proprietà meccaniche della colla. E lui ha detto, 'No, L'ho appena bloccato.' Abbiamo guardato e detto:è mai stato fatto prima? Mai stato fatto. Quindi siamo davvero felici su questo fronte".

È stata depositata una divulgazione dell'invenzione per la tecnica, che potrebbe portare a un brevetto su quella che lui chiama "una tecnica molto semplice" che potrebbe rivoluzionare le biotecnologie.

"Non sapevo che saremmo finiti lì, ma a volte è così che funziona la scienza, " Disse il tedesco con una risata.

Lo studio che ha generato la scoperta, intitolato "La precisione delle misurazioni meccaniche su macroscala è limitata dall'eterogeneità strutturale intrinseca dello strato corneo umano, " è iniziato con le radici di German nell'ingegneria meccanica e il suo interesse nel testare la validità della legge di Hooke sulla pelle umana.

"Abbiamo pensato, se usiamo queste tecniche di test standard per misurare le proprietà meccaniche del tessuto, soprattutto tessuto cutaneo, sta riportando i valori giusti?" ha detto. "Nessuno l'ha mai convalidato davvero".

Sviluppato dal fisico britannico del XVII secolo Robert Hooke, la legge afferma che la forza necessaria per estendere o comprimere una molla di una distanza è proporzionale a tale distanza. Più generalmente, i ricercatori possono usare questa legge per misurare la rigidità di diversi materiali e quanta energia costa romperli.

"Mi ha fatto pensare che, nei tempi moderni, puoi misurare quanto sono rigidi i metalli e la ceramica. Ma che dire della pelle?" disse German. "I metalli o le ceramiche hanno una composizione abbastanza uniforme, ma la pelle e altri tessuti hanno una struttura complessa ed eterogenea con cellule su microscala collegate da giunzioni cellula-cellula. Lo strato esterno della pelle mostra anche una complessa rete topografica di microcanali, che sono visibili se guardi il dorso della tua mano."

Lui e Lipsky hanno legato campioni di pelle a un pezzo di polidimetilsilossano (PDMS), un materiale simile alla gomma comunemente usato nella bioingegneria e nei dispositivi biomedici. I campioni sono stati quindi allungati. Una tecnica di microscopia a forza di trazione modificata è stata quindi utilizzata per quantificare i cambiamenti nei carichi meccanici impartiti dalla pelle sul substrato aderente.

"Mentre la pelle si espandeva, crescerebbe una piccola crepa, e possiamo misurare quanta energia è necessaria per farla crescere di una certa lunghezza, " German ha detto. "In genere per misurare il costo energetico della rottura nell'ingegneria meccanica si ottengono due impugnature, tiri e si spacca. Si misura la forza e lo spostamento e si quantifica l'energia. Ma questo presuppone che il materiale sia omogeneo, compositivamente lo stesso ovunque. Quello che abbiamo scoperto è che le crepe nello strato esterno della pelle si propagano in modo molto, modo molto strano".

Le crepe si propagano lungo i microcanali topografici. Questo allunga il percorso complessivo della fessura, aumentando l'energia che costa per rompere il tessuto. La scoperta può essere estrapolata per spiegare i comportamenti di altri tessuti umani.

"A causa della struttura eterogenea della pelle, significa anche che il percorso della fessura diventa molto più casuale. Ecco perché si ottiene una tale variabilità nelle misurazioni tensometriche della pelle su macroscala, "Tedesco ha detto, "perché anche se prendi la pelle esattamente dalla stessa fonte alla stessa età, la variabilità da campione a campione è così alta perché i percorsi della fessura deviano."