Velcro®ได้รับแรงบันดาลใจจากตะขอเกี่ยวกับการต่อสู้ เครื่องบินไอพ่นเหนือเสียงมีโครงสร้างที่ทำงานเหมือนรูจมูกของเพเรกรินฟอลคอนในการดำน้ำความเร็ว ชุดว่ายน้ำเต็มรูปแบบซึ่งตอนนี้ถูกแบนจากการแข่งขันกีฬาโอลิมปิกให้ยืมนักกีฬาให้มีรูปร่างที่ราบรื่นและคล่องตัวเหมือนปลา
การออกแบบของธรรมชาติยังให้นักวิจัยที่ได้รับทุนจากสถาบันความคิดด้านสุขภาพแห่งชาติสำหรับเทคโนโลยีใหม่ที่สามารถช่วยรักษาบาดแผลทำให้การฉีดมีความเจ็บปวดน้อยลงและจัดหาวัสดุใหม่สำหรับวัตถุประสงค์ที่หลากหลาย
ทักษะขนนก
ขนนกของเม่นในอเมริกาเหนือคุณลักษณะเคล็ดลับ Needlelike ที่ติดอาวุธด้วยชั้น 700 ถึง 800 microscopic ในฐานะที่เป็นสุนัขที่อยากรู้อยากเห็นและนักล่าที่ค้นพบหนามหันหน้าไปทางด้านหลังทำให้มันทนทุกข์ทรมานเพื่อกำจัดหนามออกจากเนื้อ
สำหรับนักวิทยาศาสตร์ความสามารถในการจับเนื้อของขนนกชี้ไปที่การใช้งานมากมาย ยกตัวอย่างเช่นงานของ Jeffrey Karp จาก Harvard University, Brigham และโรงพยาบาลสตรีและสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) และ Robert Langer เพื่อนร่วมงานของ Harvard/MIT นักวิจัยเหล่านี้สร้างดิสก์ของเทปการแพทย์ที่ชุบด้วยหนามด้วยกล้องจุลทรรศน์ พวกเขากำลังทดสอบแพทช์เป็นเครื่องมือในการซ่อมแซมไส้เลื่อนหรือปิดแผลผ่าตัดและคิดว่าดิสก์อาจมีข้อได้เปรียบเหนือตาข่ายและลวดเย็บกระดาษที่ใช้ในปัจจุบัน
นักวิจัยคนเดียวกันได้ตรวจสอบเยื่อหุ้มเม่นจากมุมมองที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง สิ่งที่ทำให้พวกเขาสนใจมากที่สุดคือการลบขนนกที่ยากแค่ไหน ขนนกที่มีหนามลื่นไหลลงไปในเนื้อง่ายกว่าที่ไม่มีหนาม - หรือมากกว่าเข็ม hypodermic ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน
นักวิทยาศาสตร์ค้นพบความประหลาดใจของพวกเขาว่าพลังการเจาะของขนนกนั้นมาจากปลายหนาม Barbs ดูเหมือนจะทำงานเหมือนจุดบนมีดหยักโดยมุ่งเน้นความดันไปยังพื้นที่เล็ก ๆ เพื่อช่วยในการรุก เนื่องจากพวกเขาต้องการแรงน้อยกว่าอย่างมากในการเจาะผิวหนังเพลาที่มีหนามจึงไม่เจ็บมากเมื่อพวกเขาเข้าไปในเนื้อหนังตามที่ปลายเนียนของพวกเขาทำ
สำหรับนักวิจัยขนนกที่มีหนามเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการออกแบบเข็มที่ให้การฉีดที่เจ็บปวดน้อยลง เพื่อหลีกเลี่ยงหนาม-และอาจเจ็บปวด-ปัญหาของการถอนเข็มที่มีปลายบาร์บาร์นักวิทยาศาสตร์แนะนำให้สร้างหนามสังเคราะห์ที่อ่อนตัวลงหรือลดลงหลังจากการเจาะหรือวางหนามเฉพาะในพื้นที่ของเข็มที่พวกเขาจะช่วยในการเข้า แต่ไม่ขัดขวางทางออก
มือจับตุ๊กแก
ตุ๊กแกสามารถพุ่งเข้าหาผนังและเดินไปตามเพดานเพราะเท้าของพวกเขาถูกปกคลุมด้วยเสื่อหนาแน่นของการคาดการณ์แบบนิ้ว การฉายแต่ละครั้งมีความยาวไม่กี่พันนิ้วและบางครั้งกว่าเส้นผมของมนุษย์หลายพันนิ้วจบลงด้วยเส้นใยนาโนหลายร้อยเส้นที่เรียกว่า spatulae ปลายของไม้พายแต่ละครั้งขยายและแบนเป็นสามเหลี่ยมโค้งมนค่อนข้างเหมือนไม้พายในครัว ร่วมกัน spatulae ระดับนาโนเพิ่มพื้นที่สัมผัสระหว่างเท้าของตุ๊กแกกับพื้นผิวอย่างมาก
ด้วยเท้าจิ้งจกในใจ Karp และ Langer ได้สร้างกาวแพทย์ที่เข้ากันได้ทางชีวภาพซึ่งมีรูปแบบของเสาระดับนาโนเพื่อเพิ่มพื้นที่สัมผัส วัสดุสามารถยึดติดกับพื้นผิวเนื้อเยื่อที่หลากหลายรวมถึงสิ่งที่ผิดปกติและเปลี่ยนรูปร่าง
น่าเสียดายที่วัสดุไม่เหนียวพอที่จะสร้างซีลกันน้ำกันน้ำได้ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้ด้วยตัวเองในอวัยวะภายใน ในทางตรงกันข้ามกาวเกรดทางการแพทย์ที่มีอยู่สามารถปิดผนึกบาดแผลได้อย่างแน่นหนาและรวดเร็ว แต่ก็สามารถทำให้เกิดการระคายเคืองของเนื้อเยื่อ
นักวิทยาศาสตร์ได้รวมผลิตภัณฑ์ทั้งสองเข้าด้วยกันเพื่อสร้างทางออกที่ดีที่สุด: เทปที่ได้รับแรงบันดาลใจจากตุ๊กแกที่เคลือบด้วยกาวบาง ๆ เทปใหม่สอดคล้องกับพื้นผิวอย่างใกล้ชิดกาวปิดผนึกช่องว่างขนาดเล็กและผลิตภัณฑ์ทั้งหมดไม่ได้ส่งผลต่อเนื้อเยื่อ คุณสมบัติเหล่านี้สามารถทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานเช่นการซ่อมแซมหลอดเลือดหรือปิดผนึกหลุมในทางเดินอาหาร
ความเหนียวนุ่มนวล
สไปเดอร์ไหมมีความแข็งแรง (แข็งแรงกว่าเหล็กห้าเท่า) ยืดและมีน้ำหนักเบา ผ้าไหมบางตัวเหนียวที่จะจับเหยื่อและบางคนก็ไม่ปล่อยให้แมงมุมลุกลามไปตามนั้น
Karp, Langer และผู้ร่วมงานหลังปริญญาเอก Bryan Laulicht พยายามสร้างผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ใหม่ที่มีคุณสมบัติคล้ายกัน-กาวที่มีความยืดหยุ่นและลอกออกซึ่งไม่ทำลายพื้นผิวพื้นฐานเมื่อถูกลบออก เทปประเภทนี้จะมีค่าเป็นพิเศษสำหรับการรักษาหลอดหรือเซ็นเซอร์ในสถานที่สำหรับผู้ที่มีผิวที่บอบบางรวมถึงทารกแรกเกิดและผู้สูงอายุ
สำหรับการอ้างอิงนักวิทยาศาสตร์ในขั้นต้นหันไปใช้เทปทางการแพทย์แบบดั้งเดิมซึ่งเช่นเทปกาวในครัวเรือนทำโดยการแพร่กระจายกาวเหนียวลงบนวัสดุสำรองบาง ๆ แต่แทนที่จะพ่นการสำรองด้วยกาวทันทีนักวิจัยได้ใช้ฟิล์มที่ใช้ซิลิคอนเป็นครั้งแรก จากนั้นด้วยการพยักหน้ารับรูปแบบระดับนาโนบนเท้าตุ๊กแกพวกเขาใช้เลเซอร์เพื่อแกะสลักลวดลายตารางกล้องจุลทรรศน์ลงบนฟิล์ม ในที่สุดพวกเขาก็เพิ่มเลเยอร์เหนียว
ตามแนวกริดที่เลเซอร์เผาฟิล์มออกไปการสำรองสัมผัสกับกาวและผลิตภัณฑ์ทำหน้าที่เหมือนกับเทปเหนียวปกติ ในพื้นที่ที่ไม่มีการแตะต้องด้วยเลเซอร์สำรองลอยอยู่บนฟิล์มซิลิคอนและยกออกได้อย่างง่ายดายทิ้งกาวที่อยู่ด้านหลังซึ่งจะสึกหรอตามธรรมชาติหรือสามารถกลิ้งออกมาได้ด้วยแรงดันนิ้วเบา
ในสาระสำคัญผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นมีพื้นที่เหนียวและไม่ติดขัดเช่นเดียวกับเว็บแมงมุม มันดำเนินไปอย่างง่ายดายยึดติดได้ดีและที่ดีที่สุดก็ออกมาเบา ๆ แม้จะถูกดึงอย่างรวดเร็วในสถานการณ์ฉุกเฉิน
Karp ไม่แปลกใจเลยที่การศึกษาโลกธรรมชาติสามารถเปิดเผยวิธีแก้ปัญหาความท้าทายทางการแพทย์ “ ฉันเชื่อมั่นอย่างยิ่งว่าวิวัฒนาการเป็นปัญหาที่ดีที่สุดอย่างแท้จริง” เขากล่าวพร้อมเสริมว่าเรายังคงมีอะไรมากมายที่จะเรียนรู้จากธรรมชาติ
เรียนรู้เพิ่มเติม-
วิดีโอเกี่ยวกับการวิจัยของ Jeffrey Karp
ในซีรีส์นี้-
บทความเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิตนี้จัดทำขึ้นเพื่อ LiveScience โดยร่วมมือกับสถาบันวิทยาศาสตร์การแพทย์ทั่วไปแห่งชาติส่วนหนึ่งของสถาบันสุขภาพแห่งชาติ-
