17 feb. 1999
4 minuten
Een wondverband dat op verzoek antibiotica vrijgeeft en tegelijkertijd overmatig wondvocht absorbeert. Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven hopen dat te bereiken door het ontwikkelen van een slimme coating. Deze kunstmatige huid moet actief meerdere vloeistoffen vrij kunnen geven en absorberen, aangestuurd door een radiogolf. Het materiaal is niet alleen toepasbaar op de gezondheidszorg, het is ook veelbelovend op de gebieden robotica, virtual reality en predictive maintenance.
TU/e-onderzoeker Danqing Liu en haar promovendus Yuanyuan Zhan halen hun inspiratie uit de werking van de huid van mensen en dieren. De menselijke huid scheidt olie af om zich te verdedigen tegen bacteriën, en zweet om de lichaamstemperatuur te reguleren. Een vis scheidt slijm af van zijn huid om de wrijving van het water te verminderen en zo sneller te kunnen zwemmen. Liu presenteert nu een kunstmatige huid die ook vloeistoffen kan afscheiden. Een slim oppervlak dat actief en herhaaldelijk stoffen kan afgeven en weer kan opnemen onder omgevingsstimuli, in dit geval radiogolven.
De mogelijke toepassingen zijn talrijk. Verbanden met dit soort materiaal kunnen de toediening van medicijnen reguleren, om zo een medicijn op afroep en over een langere tijd af te geven en vervolgens met een ander medicijn te ‘herladen’. Robots kunnen de kunstmatige huid gebruiken om te ‘zweten’ en zo hun systemen te koelen, waardoor er minder zware ventilatoren nodig zijn in hun apparatuur. Machines kunnen smeermiddel afgeven aan mechanische onderdelen, precies wanneer dat nodig is. Het materiaal kan zelfs ingebouwd worden in de controllers voor virtual reality, die daardoor nat of droog worden en zo de perceptie voor de speler verbeteren.
Spons
De coating is gemaakt van vloeibare kristalmoleculen die reageren op radiogolven. Zodra de golven worden aangezet, draaien de moleculen mee met de bewegingsrichting van de golven. Met die kennis besloten Liu en haar team om talrijke poriën ter grootte van een micrometer in de coating te plaatsen. Eenmaal gevuld met de gewenste vloeistof werkt het systeem als een spons. "Als de radiogolven worden aangezet, bewegen de vloeibare kristalmoleculen zich in een bepaalde richting en wringen ze zo de vloeistof uit de poriën", legt Liu uit. "De coating zweet zelfs meer naarmate het radiosignaal sterker wordt."
Een geïntegreerde capillaire functie kan de druppels op het oppervlak vervolgens binnen enkele seconden weer absorberen. "Met deze functie kunnen we oppervlakken maken die op commando ‘nat’ of ‘droog’ kunnen zijn, bijvoorbeeld om de mate van smering of oppervlaktehechting te variëren.
Liu werkte al eerder met triggers als warmte, licht en elektriciteit om haar materiaal aan en uit te schakelen. Maar radiosignalen zijn een primeur: "In mijn vakgebied van de materiaalkunde gebruiken we vaak 50-60 Hz, maar deze frequentie is dodelijk om aan te raken. Omdat we het materiaal willen toepassen op robots en verbandmiddelen, moesten we een materiaal ontwikkelen dat veilig is om mee om te gaan". Daarom gebruikt het team radiofrequente wisselende elektrische velden van 20 kHz tot 300 GHz.
"De hoge frequentie die we gebruiken is uitgevonden voor de elektrische auto. Het kan niet door het lichaam heen dringen, en daarom is het volkomen veilig om aan te raken. Het is al een veel voorkomende frequentie in de gezondheidszorg, bijvoorbeeld in elektrische therapieën." Veiligheid is echter niet het enige voordeel van het gebruik van radiosignalen. Dit type triggers kan ook direct in robotapparatuur worden geïntegreerd, omdat deze al op hoogfrequente elektriciteit werkt.
Licht
De volgende stap voor Liu en haar team is het laden van de poriën met vloeistoffen zoals antibiotica, glijmiddel of alcohol. Liu: "We hopen deze zomer grote stappen te zetten voor die fase." Als dat lukt, zal het herladen de volgende fase zijn, die waarschijnlijk drie jaar zal duren. Liu schat dat ze tegen 2025 een eerste model van een verband heeft ontwikkeld. "Het bouwen van een robot met een kunstmatige huid zal waarschijnlijk veel langer duren. Naast ons eigen vakgebied van de materiaalkunde hebben we daarvoor namelijk ook ingenieurs nodig om ons te helpen bij het ontwerpen van het lichaam van de robot".
Als een parallel project probeert Liu verschillende triggers te combineren. "Als we UV-licht en radiogolven kunnen combineren, zou het mogelijk zijn om in de toepassing zelf de best passende stimulans te kiezen. Het materiaal kan dan bijvoorbeeld stoffen uitscheiden op basis van zonlicht, maar als de zon onder gaat, schakelen we over op radiogolven."
In de video zie je hoe de coating zijn vloeistof afgeeft, veroorzaakt door radiosignalen. Het gele materiaal rechtsonder in de video is de coating. Dit materiaal is ‘geladen’ met een kleurloze vloeistof. Na het inschakelen van het radiosignaal, zoals zichtbaar aan de bovenkant van de video, begint de coating deze vloeistof af te geven. Om de afgifte zichtbaar te maken, hebben de onderzoekers ervoor gezorgd dat er bij contact met de vloeistof in de beker een chemische reactie start. Deze reactie maakt het transparante water geleidelijk rood. Video: Danqing Liu
Anderen lazen ook
