(Phys.org) —Los investigadores dirigidos por científicos de la Universidad Case Western Reserve han recurrido a un modelo poco probable para hacer que los dispositivos médicos sean más seguros y cómodos:el pico de un calamar.

Muchos implantes médicos requieren materiales duros que deben conectarse o atravesar los tejidos blandos del cuerpo. Este desajuste mecánico conduce a problemas como la rotura de la piel en las sondas de alimentación abdominales en pacientes con accidente cerebrovascular y donde los cables pasan a través del pecho para impulsar las bombas cardíacas de asistencia. Entra el calamar.

La punta del pico de un calamar es más dura que los dientes humanos, pero la base es tan suave como el cuerpo gelatinoso del animal. Para conectar estas dos partes mecánicamente diferentes del calamar, la mayor parte del pico tiene un gradiente mecánico que actúa como un amortiguador para que el animal pueda morder un pez con una fuerza de aplastamiento de huesos sin sufrir desgaste en su boca carnosa. .

La tecnología de la naturaleza podría hacer que una gama de dispositivos médicos sea más cómoda y segura para los pacientes. desde sensores de glucosa para diabéticos hasta prótesis de brazos y piernas que se adhieren a los huesos de los amputados, dicen los investigadores. Su trabajo se publica hoy en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

"Estamos imitando la arquitectura y las propiedades mejoradas por el agua del calamar para generar estos materiales, "dijo Stuart J. Rowan, el profesor Kent H. Smith de ciencia e ingeniería macromolecular en Case Western Reserve, y autor principal.

Rowan trabajó con el estudiante de doctorado Justin D. Fox y el profesor asistente de ingeniería biomédica Jeffrey R. Capadona en CWRU, y Paul D. Marasco, OMS, como Capadona, es investigador principal del Centro de Tecnología de Plataformas Avanzadas del Centro Médico del Departamento de Asuntos de Veteranos de Louis Stokes Cleveland.

Otros investigadores han demostrado que la estructura del pico es un nanocompuesto compuesto por una red de fibras de quitina incrustadas dentro de proteínas estructurales cada vez más reticuladas desde la boca hasta la punta. El gradiente está presente cuando el material del pico está seco, pero se mejora drásticamente cuando está en el agua, el entorno natural del calamar.

Rowan y Capadona formaban parte de un equipo de investigadores que habían informado previamente de un material que imita la piel del pepino de mar. que es suave y flexible cuando está mojado y rígido y duro cuando está seco.

Ellos pensaron que el material en forma de película, podría reticularse con nanofibras para mantener la rigidez cuando está mojado. Llenaron la película con nanocristales de celulosa funcionalizados que, cuando se expone a la luz, formar enlaces cruzados.

Para aumentar la rigidez en la película, un extremo no se expuso a la luz y las secciones posteriores a cada vez más luz. Cuanto más larga sea la exposición, más enlaces cruzados que se formaron.

Como el pico la pendiente de blanda a dura era más pronunciada cuando estaba mojada. El agua apaga los enlaces no covalentes más débiles que se forman cuando el material está seco.

El ambiente húmedo dentro del cuerpo también mejorará el gradiente, lo que hace que esta tecnología sea especialmente atractiva para los implantes, dicen los investigadores.

"Hay todo tipo de lugares en la medicina donde usamos materiales duros, pero en su mayoría somos blandos, "Dijo Marasco. El contraste es una receta para llagas e infecciones, mal rendimiento y fallo del implante.

Agujas en bombas de insulina para diabéticos, Los stents metálicos insertados en los vasos sanguíneos y los electrodos insertados en los músculos o el cerebro podrían ser más seguros y efectivos si los materiales permanecieran duros donde deben estar pero amortiguan los tejidos blandos circundantes.

"Las prótesis se conectan al brazo o la pierna con un encaje de plástico duro que se coloca sobre el muñón, "Continuó Marasco." Pero el hueso se mueve debajo de la cavidad y puede dañar el tejido blando del interior, mientras que el encaje puede ser duro para la piel donde hace contacto ".

Una mejor solucion él dijo, sería colocar un inserto de metal en el hueso dentro del cuerpo y colocar una prótesis directamente fuera del cuerpo usando este tipo de amortiguador mecánico donde el metal duro pasa a través de la piel blanda.

Los investigadores ya están trabajando en la próxima generación de materiales y estrategias de entrecruzamiento para hacer que el gradiente de amortiguación sea más pronunciado. La punta del pico de un calamar es 100 veces más dura que su parte más blanda, mientras que la punta dura de esta primera mímica es cinco veces más dura que su extremo blando.

"Esta es una prueba de concepto, Rowan dijo. "Ahora que hemos demostrado que el concepto funciona, ahora nos estamos volviendo un poco más complicados y dirigidos a materiales que nos permitirán acercarnos a las aplicaciones".