Zelfaanpassend systeem voor temperatuurregeling: een dynamisch regelbare strategie voor het genezen van wondweefsel

De huid functioneert als een geavanceerd sensorisch systeem in het menselijk lichaam, dat niet alleen in staat is om omgevingsstimuli – zoals temperatuur, druk, spanning en trillingen – te detecteren, maar ook om actief op deze veranderingen te reageren. Hiervan speelt het temperatuurregulatievermogen van de huid een cruciale rol bij het handhaven van de stabiliteit van homeotherme dieren.

Huidletsels zijn onvermijdelijk in het dagelijks leven en kunnen de inherente temperatuurwaarnemings- en regulerende functies ernstig aantasten. Brandwonden op de huid kunnen bijvoorbeeld leiden tot verlies van thermische feedback, wat resulteert in extra bijwerkingen en pijn.

Het gebruik van flexibele vezelmaterialen om de functionaliteit van beschadigde huid te reconstrueren biedt aanzienlijke mogelijkheden op het gebied van biomimetische robotica en weefselherstel, met name bij het herstellen van het vermogen van de huid tot temperatuurwaarneming en adaptieve regulatie, wat de levenskwaliteit van personen met huidletsels.

Hoewel een elektronische huid die temperatuursensatie simuleert is ontwikkeld voor biomimetische toepassingen, missen de meeste apparaten zelfregulerende mogelijkheden.

Om dit aan te pakken heeft een onderzoeksteam onder leiding van Zhu Meifang van de Donghua Universiteit de ontwikkeling gerapporteerd van een geïntegreerde pleister die de regulering van de huidtemperatuur simuleert, waardoor beter beheersbare dynamische genezingsprocessen mogelijk zijn.

Zhu's ontwerp introduceert een interactief thermoregulerend biomimetisch elektronisch systeem via een feedbackproces dat afhankelijk is van de huidtemperatuur. Dit wordt bereikt door een extern feedbackcircuit te coördineren met een intern beveiligingscircuit, die samen de interactie tussen de thermische regeleenheid en een thermistor regelen.

Gezien de beperkingen van de industriële productiekosten koos het team voor lasergeïnduceerd grafeen (LIG), bekend om zijn ordelijke textuur en ongeordende poreuze structuur, als materiaal voor de temperatuurregeleenheid. Er werd een acrylcopolymeer geselecteerd als hoofdcomponent voor de positieve temperatuurcoëfficiënt (PTC) thermistor, wat een goede reproduceerbaarheid in tests aantoont.

Bij een beschadigde huid ontbreekt vaak de essentiële temperatuurregeling, wat het wondgenezingsproces kan belemmeren. Daarom koos het team van Zhu ervoor om dit thermisch waarneembare en regulerende flexibele apparaat te gebruiken om wondgenezing te vergemakkelijken. Vergelijkende onderzoeken met commerciële groepen hebben aangetoond dat het gebruik van zachte elektronische materialen met een lage Young-modulus in direct contact met biologische weefsels de bijwerkingen aanzienlijk kan minimaliseren.

Het papier is gepubliceerd in het journaal Nano-microbrieven.