Mikromotorok fehérjéből: áttörés a biomechanikában

Az okostelefonokban találhatók mikroszkopikus méretű szenzorok és motorok, melyek segítségével az eszköz mozgást érzékel és mér, és amelyre reagálni tud. Kísérleti változataik már tudnak kameráknak segíteni az automatikus fókuszálásban – most pedig egy kutatócsoport olyan alkatrészeket készített ezekhez, amik kompatibilissé teszik az emberi testtel őket!

Ez pedig egy új generációhoz vezet a művégtagok és műszervek tekintetében is. Ezt a technológiát mikroelektromechanikus rendszereknek (MEMS) nevezik. Részeit kevesebb, mint 100 mikron szélesek (ez egy átlagos emberi hajszál átmérője). Ilyen MEMS műszer az például, amely egy okostelefonnal közli, hogy függőlegesen vagy vízszintesen tartják éppen, vagy hogy mozog, rázogatják – ezeket észleli és elektromos impulzussá alakítja.

A MEMS következő generációja, mely a kamerák fókuszát állítja majd, pont fordítva működik: a beérkező elektromos jeleket alakítja majd át mozgássá.

Eddig ezek a műszerek tipikusan szilíciumból készültek, azonban most sikerült kidolgozni egy új generációt: rendkívül mozgékony, rugalmas alkatrészeket tudnak készíteni ezekhez a mikrogépezetekhez, méghozzá egy gumiszerű, organikus eredetű polimerből, amely a szilíciumhoz képest klasszisokkal jobban alkalmazható emberi testbe való beültetéshez. (Az emberi fehérje maga is ilyesmi anyag, ugyanis a fehérjék L-alfa aminosavak monomerjeiből kondenzációs reakciókkal felépülő lineáris polimerek!)

Ember és internet összefonódása – Sawyer WWW-kötetei akcióban:

Ez az új anyag azért is rendkívül vonzó a MEMS előállítás szemszögéből, mert mechanikus tartóssága és ereje igen nagy, valamint nagyon jól reagál elektromosságra. Nem is mérgező, használható az emberi testben (azaz szakszóval biokompatibilis).

A technológia, amivel ezek az újfajta MEMS alkatrészek készülnek, az ún. nanoimprint litográfia. Olyasmi, mint egy miniatűr gumiprés: egy forma nyomódik a puhább polimerbe, hogy mintákat hozzon létre benne, akár nanométernyi részletességgel (az 1/1000000000 méter). Az alkatrészek, amiket a tudóscsapat nyomtatott, 2 mikron vastagok, 2 mikron szélesek és 2 cm hosszúak voltak.

Leeya Engel, a Tel Aviv Egyetem anyagtani szakértője szerint ez jó jel – mert az elméletben kitalált recept a gyakorlatban is működik, annak ellenére, hogy ilyen kicsi méretben, új anyaggal történő munkát végeztek.

Emellett a nanoimprint litográfia nem igényel se atomerőműveket a hátad mögé, se drága elektronikát – azaz a vele való munka olcsóbb, mint a jelenlegi MEMS gyártás!

“Az új, puhább anyagok használata a mikro-készülékekben igazán kitolja a technológia lehetőségeit és a távlatait, de a polimer MEMS lehető legszélesebb körben való gyártása feltételez olyan nyomtató infrastruktúrát előbb, amely lehetővé teszi az olcsó tömegtermelést.”

Korábban is készült már biokompatibilis MEMS alkatrész, azonban csillagászati költségekkel, nehezebben formálható anyagokkal. A jelen fejlesztés eredménye az, hogy gyorsan, könnyedén és olcsón előállítható technológiát ad a tervezők – és egyszer talán majd a végtagjukat vesztett emberek vadonatúj – kezébe.

A sebesség is számít ugyanis: a korábbi technológiával előállított biokompatibilis MEMS gépek 7-8 órán át készültek, míg Engel és csapata 15 perc alatt készítette el ugyanazt a mennyiséget az alkatrészekből.

Extraként ez a polimer igen magas szintű rugalmasságú: több, mint 100-szor olyan rugalmas, mint szilícium elődei. Ez a rugalmasság rövid távon sokkal érzékenyebb mozgásérzékeléshez és gyorsabb, hatékonyabb motorokhoz vezet a mobilokban, ami hosszabb akkumulátor-tartósságot és sokkal jobb optikai egységeket eredményez – hosszú távon pedig akár mesterséges, de biokompatibilis izomzat létrehozására is alkalmas lehet!

Engel szerint ha a nyomtatási technológia tartja a lépést, és képessé válik ipari szinten tömegtermelésbe kezdeni, akkor a jövőben olyan olcsóvá teheti ezeket a készülékeket,  ami szinte már-már az egyszerhasználatosság határait súrolja. Arról is fontos szót ejteni, hogy mint organikus polimer, ez az anyag idővel lebomlik és NEM környezetszennyező – szemben a mai, fém alapú informatikai eszközök alkatrészeivel, melyek emberek százezreit mérgezik nap mint nap és súlyos környezeti kockázatot képeznek (erről már írtunk hosszabb, képes cikket: http://galaktika.hu/az-igazi-thrash-metal-a-legveszelyesebb-hulladek-hegyei-kepekkel/ ).

Engel arra azért rámutat, hogy nem tesztelték emberbe ültetve semmilyen szinten az anyagot – de papíron működőképes és a technológia már megvan hozzá, hogy megtegyük. Ez a technológia elvileg alkalmas beteg, vagy elhalt izomzat, erek pótlására, érzékelés javítására is, ha hosszú távlatban gondolkodunk – erre pedig Engel mindenképpen komoly esélyt lát.

Az mondjuk biztos, hogy az okostelefonos technológiától nagyon nem vártuk, hogy valami olyasmihez vezet majd, ami segít egy újabb lépést tenni az emberi test gyarlóságának, betegségeinek leküzdéséhez – de igencsak örömteli, hogy nem csupán facebookozásra, chatelésre és gps-kedésre jó, hanem életeket is menthet, feljavíthat majd.

livescience nyomán