Nanotechnologia

Naukowcy inspirując się mikroskopijnymi strukturami na skrzydłach motyli szklanoskrzydłych (Greta oto) stworzyli powierzchnię umożliwiającą manipulowanie promieniaami światła. Dzięki tej powierzchni, u pacjentów chorych na jaskrę, implanty oka charakteryzują się większą skutecznością i trwałością. Według wyników badań opublikowanych w magazynie Nature Nanotechnology, łuski na skrzydłach motyli szklanoskrzydłych są prawie całkowicie przezroczyste.

Naukowcy z Kalifornijskiego Instytutu Technicznego (Caltech) w USA odkryli, że przezroczyste łuski na skrzydłach motyli są pokryte mikroskopijnymi słupkami, z których każdy ma około 100 nanometrów średnicy i znajduje się około 150 nanometrów od sąsiedniego.

Rozmiar słupków, które są 50 do 100 razy węższe od ludzkiego włosa, stoi za ich niezwykłymi właściwościami optycznymi. Słupki przekierowują światło padające na skrzydła, sprawiając, że jego promienie przenikają przez łuski, niezależnie od kąta padania. W rezultacie jedynie niewielka część promieni światła odbija się od powierzchni skrzydeł. Dzięki temu skrzydła tych motyli są bardziej przejrzyste niż tafla szkła. Ta niezwykła właściwość, określana jako antyrefleksyjność niezależna od kąta padania światła (angle-independent antireflection), zwróciła uwagę asystenta z instytutu Caltech, Hyucka Choo.

W ciągu ostatnich kilku lat Choo zajmował się opracowaniem implantu oka, który mógłby ulepszyć proces monitorowania ciśnienia śródgałkowego u pacjentów chorych na jaskrę. Dokładny sposób, w jaki ta choroba powoduje pogorszenie wzroku wciąż nie jest znany. Jednakzę jedna z głównych teorii zakłada, że to nagłe skoki ciśnienia w gałce ocznej powodują uszkodzenie nerwu wzrokowego.

Dzięki odpowiedniemu leczeniu można obniżyć ciśnienie śródgałkowe i zapobiec uszkodzeniom nerwu, ale dla pełnej skuteczności musi ono zostać podjęte zaraz po pojawieniu się pierwszych objawów. Choo stworzył implant oka w kształcie małego bębenka o szerokości kilku kosmyków włosów. Po umieszczeniu w oku, powierzchnia implantu napina się pod wpływem rosnącego ciśnienia śródgałkowego, przez co wielkość zagłębienia wewnątrz bębenka zmniejsza się. Wielkość zagłębienia można określić za pomocą ręcznego ciśnieniomierza, co pozwala dokładnie określić ciśnienie w gałce ocznej.

Jedyną wadą tej metody jest konieczność ustawienia ciśnieniomierza pod kątem 90 stopni w stosunku do powierzchni implantu. W innym wypadku pomiar nie będzie dokładny. Gdy ciśnieniomierz ustawiony jest pod innym kątem, pomiar jest błędny. W tym momencie pomóc mogą motyle szklanoskrzydłe.

Według Choo, właściwości nanosłupków znajdujących się na skrzydłach tych motyli mogą przyczynić się do wyeliminowania konieczności idealnego ustawienia ciśnieniomierza. Dzięki nim światło może padać prostopadle do powierzchni implantu, niezależnie od ustawienia ciśnieniomierza, co umożliwia dokładny pomiar.

Naukowcom udało się umieścić takie słupki na powierzchni implantu. Mają one taki sam rozmiar i kształt, jak te znajdujące się na skrzydłach motyli. Są wykonane z azotku krzemu – związku chemicznie obojętnego, już wcześniej stosowanego w implantach. W wyniku serii prób z użyciem różnej wielkości słupków rozmieszczonych w rozmaitych konfiguracjach, naukowcom udało się trzykrotnie zmniejszyć błąd pomiaru ciśnienia.

„Zastosowane nanostruktury odkrywają potencjał tych implantów i umożliwiają codzienny pomiar ciśnienia śródgałkowego u pacjentów chorych na jaskrę” – powiedział Choo.

Nowa powierzchnia zapewnia implantom długowieczność i zapobiega tworzeniu się wokół nich błony biologicznej.

Źródło: https://nano-magazine.com/news/2018/5/1/eye-implants-for-glaucoma-patients-inspired-by-butterfly-wings

Redaktorka: Michałowska Emilia