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| Una nueva investigación permite comprender mejor la durabilidad de la piel. |
La mayoría de los tejidos biológicos protectores, como la piel de los mamíferos, las escamas de los peces, los caparazones de los crustáceos y las cáscaras de los frutos secos y las semillas, se componen estructuralmente de una capa exterior rígida y fina sobre un sustrato blando subyacente. Aunque estos tejidos compuestos similares a la piel son omnipresentes, su mecánica de fallos y las posibles ventajas mecánicas que ofrecen sus estructuras compuestas siguen sin estar claras.
En un nuevo estudio, científicos de la Universidad de Binghamton, en el Estado de Nueva York, estudiaron la estructura de la piel humana y la cantidad de daños que puede soportar. Descubrieron que la piel humana ha evolucionado para permitir la máxima durabilidad y flexibilidad.
Los científicos emplearon polidimetilsiloxano (PDMS), un material inerte y no tóxico que suele utilizarse en la investigación biomédica, para fabricar membranas. Al cubrir una capa suave y flexible con una capa exterior más fina y rígida, imitaron la estructura de la piel de los mamíferos.
Después, la "piel artificial" se sometió a pruebas para evaluar cuánta fuerza podía soportar antes de romperse. Las muestras se hendieron para producir grandes surcos antes de romperse bajo la presión de una varilla afilada o roma. Además, los científicos hicieron un descubrimiento intrigante.
El profesor asociado de Ingeniería Biomédica Guy German dijo: "Hay una determinada forma estructural óptima".
"Descubrimos que cuando la piel artificial tiene el mismo grosor de capa exterior (estrato córneo) e interior (dermis) que la piel de los mamíferos, las membranas de goma maximizan tanto su resistencia a la perforación como su deformabilidad. Creemos que la piel de los mamíferos ha evolucionado o se ha adaptado para ofrecer la opción más resistente a las amenazas mecánicas sin dejar de ser lo más deformable posible."
"La piel de los mamíferos ofrece la máxima locomoción y la máxima dureza mecánica. Si fuera en un sentido, sería menos flexible, o en el otro, obtendría más flexibilidad pero menos dureza. Así que está optimizada".
Los científicos también descubrieron un nuevo tipo de fallo llamado perforación. Al perforar un material se produce una fractura por debajo de la punta del penetrador, como si se perforara un papel con un lápiz. Sin embargo, la fractura se produce lejos de la punta del penetrador en materiales hiperelásticos de dos capas, como la piel humana y estas membranas de piel artificial, a grandes profundidades de penetración. La membrana se rompe donde más se estira, en los lados de la hendidura, creando un núcleo cilíndrico en la membrana. Creen que este suceso no se ha visto nunca antes.
Según German, "una mejor comprensión de la estructura de la piel -y de la piel artificial- ayudará en diversas tecnologías, desde la electrónica flexible y los dispositivos médicos hasta el envasado de productos, los chalecos antibalas y los tratamientos para víctimas de quemaduras. Estos usos potenciales (y otros más) hacen que la investigación de la piel humana y de cómo evolucionó hasta su forma actual sea cada vez más popular en los últimos años."
"Los científicos e ingenieros se sienten atraídos por el estudio de la piel porque es difícil de entender. La piel es heterogénea y estructuralmente muy compleja".
Según German, las técnicas computacionales avanzadas han ayudado al equipo a comprender mejor la biomecánica de la piel.
Fuentes, créditos y referencias:
Christopher H. Maiorana, Rajeshwari A. Jotawar, Guy K. German. Biomechanical fracture mechanics of composite layered skin-like materials. Soft Matter, 2022; 18 (10): 2104 DOI: 10.1039/D1SM01187A
Fuente: Universidad de Binghamton