Imagínese si pudiera pegar algo a su piel sin necesidad de pegamento. Un biosensor, un reloj, un dispositivo de comunicaciones, un accesorio de moda, las posibilidades son infinitas. Gracias a un descubrimiento en la Universidad de Binghamton, Universidad Estatal de Nueva York, ese momento podría estar más cerca de lo que piensas.

Profesor asociado Guy German y Zachary Lipsky, Doctor. '21, investigación publicada recientemente en la revista Acta Biomaterialia que explora cómo la piel humana puede controlar la forma en que se forman las grietas y por qué los tensómetros ofrecen resultados imprecisos al medir las propiedades mecánicas de los tejidos biológicos.

Por el camino, Lipsky desarrolló un método para unir la piel humana a materiales poliméricos similares al caucho sin un adhesivo. Originalmente una forma de facilitar sus experimentos, él y German entendieron que habían hecho un descubrimiento significativo.

"Zach vino un día y dijo:'Sí, Lo hice, ', Dijo German. Yo estaba como, '¿Cómo diablos hiciste eso? ¿Usaste pegamento? Porque también tendríamos que tener en cuenta las propiedades mecánicas del pegamento. Y él dijo, 'No, Simplemente lo pegué '. Miramos y dijimos:¿Se ha hecho esto antes? Nunca se ha hecho. Así que estamos muy contentos en ese frente ".

Se ha presentado una divulgación de invención para la técnica, lo que podría conducir a una patente sobre lo que él llama "una técnica muy simple" que podría revolucionar la biotecnología.

"No sabía que terminaríamos allí, pero a veces es así como funciona la ciencia, "Dijo German con una carcajada.

El estudio que generó el descubrimiento, titulado "La precisión de las mediciones mecánicas a macroescala está limitada por la heterogeneidad estructural inherente del estrato córneo humano, "comenzó con las raíces de German en la ingeniería mecánica y su interés en probar la validez de la ley de Hooke en la piel humana.

"Pensamos, si usamos estas técnicas de prueba estándar para medir las propiedades mecánicas del tejido, especialmente tejido de la piel, "¿Está informando los valores correctos?", dijo. "En realidad, nadie lo ha validado".

Desarrollado por el físico británico del siglo XVII Robert Hooke, la ley establece que la fuerza necesaria para extender o comprimir un resorte una distancia es proporcional a esa distancia. Más generalmente, los investigadores pueden usar esta ley para medir la rigidez de diferentes materiales, así como la cantidad de energía que cuesta romperlos.

"Me hizo pensar que En los tiempos modernos, puede medir la rigidez de los metales y la cerámica. Pero, ¿qué pasa con la piel? ", Dijo German." Los metales o las cerámicas tienen una composición bastante uniforme, pero la piel y otros tejidos tienen una estructura compleja y heterogénea con células a microescala conectadas por uniones célula-célula. La capa externa de la piel también exhibe una compleja red topográfica de microcanales, que son visibles si miras el dorso de tu mano ".

Él y Lipsky unieron muestras de piel a un trozo de polidimetilsiloxano (PDMS), un material similar al caucho comúnmente utilizado en bioingeniería y dispositivos biomédicos. A continuación, se estiraron las muestras. Luego se utilizó una técnica de microscopía de fuerza de tracción modificada para cuantificar los cambios en las cargas mecánicas impartidas por la piel sobre el sustrato adherente.

"A medida que la piel se expandía, crecería una pequeña grieta, y podemos medir cuánta energía requirió para crecer en una cierta longitud, ", Dijo German." Por lo general, para medir el costo de energía de la ruptura en la ingeniería mecánica se obtienen dos métodos, tiras y se divide. Mides la fuerza y ​​el desplazamiento y cuantificas la energía. Pero esto supone que el material es homogéneo, de composición igual en todas partes. Lo que descubrimos fue que las grietas en la capa externa de la piel se propagan de una manera muy, forma muy extraña ".

Las grietas se propagan a lo largo de los microcanales topográficos. Esto alarga la trayectoria general de la grieta, aumentando la energía que cuesta romper el tejido. El descubrimiento se puede extrapolar para explicar el comportamiento de otros tejidos humanos.

"Debido a la estructura heterogénea de la piel, también significa que la ruta de la grieta se vuelve mucho más aleatoria. Es por eso que se obtiene tal variabilidad en las mediciones de la piel con tensómetros a macroescala, "German dijo, "porque aunque la piel se obtiene exactamente de la misma fuente a la misma edad, la variabilidad de muestra a muestra es tan alta porque las rutas de las grietas se desvían ".