Для проникновения в кожу игле дикобраза нужна только приблизительно половина силы иглы шприца, согласно новому исследованию. Работа, также объясняющая, почему иглы настолько трудно удалить, могла улучшить дизайн множества медицинских инструментов от устройств, тыкающих нас тем, которые помощь сохраняют раны закрытыми.
Дикобразы прославляются своими иглами, которые являются фактически большими, жесткими волосами, что помощь защищает животных от естественных хищников. Противоречащий популярным мнениям, большие грызуны не могут бросить свои иглы во врага, говорит Джеффри Карп, биоинженер в Медицинской школе Гарварда в Бостоне. Однако иглы с готовностью потеряны и могут стать твердо включенными в неудачную жертву.У североамериканского дикобраза есть приблизительно 30 000 игл, каждый украшенный между 700 и 800 зубцами вдоль 4 миллиметров или так самый близкий его наконечник.
Несмотря на то, что те зубцы помогают иглам остаться вложенными в кожу жертвы, ученые не изучили детали того, как они делают так. Чтобы лучше понять функцию зубцов и определить, могли ли бы они быть полезны для медицинских устройств, Карп и его коллеги провели несколько испытаний лаборатории — с, в некоторых случаях, неожиданные результаты.Исследователи взяли колючие иглы дикобраза и погрузили их в образцы шкуры свиньи, измерившись, сколько силы потребовалось для проникновения в плоть и затем сколько силы потребовалось, чтобы высвобождать иглу.
Бригада тогда выполнила те же испытания с помощью игл, зубцы которых у них был sanded прочь. Они также проверили иглы африканского дикобраза (которые естественно не имеют никаких зубцов), и игла шприца с 18 приборами, которая является приблизительно тем же диаметром как игла от североамериканского дикобраза.К удивлению ученых, колючие иглы требуемая приблизительно половина силы проникновения barbless игл — или те естественно barbless или те чистые sanded — и только 56% силы, необходимой для иглы шприца для нарушения кожи. Исследователи сообщают о своих результатах онлайн сегодня в Продолжениях Национальной академии наук.
Компьютерные модели предлагают, чтобы зубцы упростили проникновение иглы путем концентрации силы вдоль краев зубцов, подобных тому, как зазубренности на лезвии ножа делают сокращающееся мясо легче, говорит Карп.Зубцы отдают иглу приблизительно в четыре раза тяжелее, чтобы выйти, как только они включены, найденная бригада. Зубцы в наконечнике иглы были самыми эффективными при сопротивлении удалению. Фактически, зубцы определили местонахождение в 1 миллиметре наконечника внесенной приблизительно половины сопротивления отступления — возможно, потому что плоть более плотно окружила наконечник, чем это сделало остальную часть иглы, говорит Карп.
Результаты бригады могли использоваться, чтобы улучшить различные биомедицинские устройства или проектировать новые, говорит Карп. Например, он отмечает, вместо того, чтобы использовать украшения раны, полагающиеся на химический пластырь, который может вызвать аллергии или вызвать другие проблемы, украшения могли использовать крошечные колючие иглы, чтобы проникнуть в кожу и затем считать трудным. Кроме того, главные продукты теперь раньше считали некоторые хирургические разрезы закрытыми — которые в основном полагаются на трение вдоль их длины, чтобы остаться в плоти — мог быть заменен колючими главными продуктами, которые короче и имеют меньший диаметр. Даже при том, что иглы дикобраза наносят некоторый вред плоти, когда они вытащены, высвобождение меньших, вдохновленных иглой главных продуктов, вероятно, нанесло бы менее полный ущерб, чем вытаскивание использующихся в настоящее время главных продуктов, Карп предлагает.
Результаты бригады «являются просто еще одним примером того, как то, что мы видим по своей природе, может помочь нам», говорит Энтони Атэла, биомедицинский исследователь в баптистском Медицинском центре Вейк Фореста в Уинстон-Сейлеме, Северная Каролина. Полые версии вдохновленных иглой игл могли помочь врачам лучше поставить наркотики или химикаты через участки, придерживающиеся кожи, отмечает он. «Теперь, когда мы знаем, как эти зубцы работают, мы можем изменить их, чтобы заставить устройства выполнить еще лучше».