Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) werken aan de ontwikkeling van een slimme coating of kunsthuid die onder invloed van radiosignalen actief meerdere vloeistoffen kan afgeven en absorberen. Daarmee zou bijvoorbeeld een slim verband gemaakt kunnen worden dat op verzoek antibiotica afgeeft en tegelijkertijd overmatig wondexsudaat absorbeert.
De door Danging Liu, onderzoeker van de TU/e en promovendus Yuanyuan Zhan ontwikkelde kunsthuid bestaat uit een slim oppervlak dat onder invloed van omgevingsstimuli - in dit geval radiogolven - actief en herhaaldelijk stoffen kan afgeven en weer opnemen. Een bijzondere ontwikkeling aangezien de meeste benaderingen op het gebied van slimme materialen zich beperken tot passieve afgifte.
Liu en Zhan hebben zich voor hun onderzoek laten inspireren door de huid van levende wezens. Zo scheidt de menselijke huid olie af om zich te beschermen tegen bacteriën en zweet om de lichaamstemperatuur te reguleren. De huid van een vis scheidt slijm af om de wrijving met het water te verminderen en zo sneller te kunnen zwemmen.
Slimme kunsthuid
De toepassingsmogelijkheden van dit materiaal, of kunsthuid, zijn talrijk. Denk bijvoorbeeld aan een slim verband dat in staat is medicijnafgifte te reguleren. Zo kan een bepaald medicijn op verzoek gedurende een langere tijd toegediend worden. Wanneer het tijd is voor een ander medicijn, dan kan het slimme verband daarmee 'gevuld' worden. Daarmee gaat deze ontwikkeling weer een stap verder dan bijvoorbeeld de 'slimme pleisters' waarbij sensoren ‘luisteren’ naar een wond om te kunnen bepalen of en hoe deze zal genezen.
Behalve mogelijke toepassingen in de zorg zou het materiaal ook toegepast kunnen worden in de robotica of virtual reality gaming. Wanneer een robot voorzien wordt van deze kunsthuid, dan kan de robot die gebruiken om te 'zweten' en zichzelf zo te koelen en minder (zware) ventilatoren in de robot ingebouwd hoeven te worden. Voor (VR-)gamers zou het materiaal gebruikt kunnen worden om controllers te ontwikkelen die nat of droog worden om de menselijke perceptie van de game te versterken.
LCD-moleculen
De basis van het materiaal, de coating, bestaat uit vloeibare-kristalmoleculen, bekend van LCD-schermen. Deze moleculen hebben zogenaamde responsieve eigenschappen “Je zou je dit kunnen voorstellen als communicatiemateriaal. Het communiceert met zijn omgeving en reageert op prikkels”, aldus Liu. Zij en haar team ontdekten dat de LCD-moleculen op radiogolven reageren. Wanneer radiogolven waargenomen worden, dan bewegen de moleculen in dezelfde richting als de radiogolven.
Met die wetenschap besloot het team van Liu talrijke micrometer poriën in de coating te plaatsen. Eenmaal gevuld met de gewenste vloeistof werkt het systeem als een spons. "Wanneer de radiogolven worden aangezet, bewegen de vloeibaar-kristalmoleculen en wringen ze als het ware de vloeistof uit de poriën. Naarmate de radiogolven sterker worden gaat de kunsthuid meer zweten", zo legt Liu uit.
Wat de kunsthuid nog specialer maakt zijn de zogenoemde resorptie-eigenschappen. Een geïntegreerde capillaire functie kan de druppels op het oppervlak binnen enkele seconden opnemen. "Met deze functie kunnen we oppervlakken maken die op commando‘ nat ’of‘ droog ’kunnen zijn, bijvoorbeeld om het niveau van smering of hechting aan het oppervlak te variëren", zegt Liu.
Licht en radiogolven
De volgende stap voor Liu en haar team is om de poriën te vullen met vloeistoffen zoals antibiotica, smeermiddelen of alcohol. Het team hoopt hier deze zomer grote stappen in te kunnen zetten. Wanneer men daarin slaagt dan wordt de volgende stap het opnieuw laden (of 'vullen') van de kunsthuid, zoals eerder beschreven. Liu hoopt tegen 2025 het eerste model van het slimme verband te kunnen presenteren. De ontwikkeling van een koelende kunsthuid voor robots is nog toekomstmuziek.
Als parallel project probeert Liu verschillende triggers te combineren. “Als we UV-licht en radiogolven kunnen combineren, is het mogelijk om gaandeweg de best passende stimulans te kiezen. Bij blootstelling aan zonlicht vindt bijvoorbeeld de afscheiding plaats, maar wanneer geen zonlicht voorhanden is, schakelen we over op radiogolven", zo licht Liu toe.
Veiligheid kunsthuid
Triggers als warmte, licht en elektriciteit om haar materiaal in en uit te schakelen zijn al eerder door Liu toegepast. Het gebruik van radiogolven is nieuw. Daarmee rijst natuurlijk ook de vraag over straling en veiligheid. Door frequenties van 20KHz tot 300GHz te gebruiken wordt de veiligheid gegarandeerd.
"De hoge frequentie die we gebruiken is uitgevonden voor de elektrische auto. Het kan het lichaam niet binnendringen en daarom is het volkomen veilig. Het is bovendien een frequentie die in de gezondheidszorg, bijvoorbeeld bij elektrische therapieën, al meer gebruikt wordt", aldus Liu.
