Er is kunstmatige huid ontwikkeld waarmee patiënten tastvermogen krijgen

Stel je een toekomst voor waarin het verschil tussen een slap handje en een ferme handdruk wordt bepaald door je prothese. Dat beeld kan snel tot de werkelijkheid behoren, want na acht jaar onderzoek hebben wetenschappers een opzetstuk gecreëerd dat druksensaties naar je hersenen kan versturen.

"Het doel van ons onderzoek was om synthetische huid te maken die informatie overdraagt over druk, op dezelfde manier waarop echt huid dat doet," vertelde Alex Chortos, onderzoeker van de Bao's Research Group van Stanford University. "We zijn elektronische hulpmiddelen aan het ontwikkelen die informatie over je omgeving direct met het lichaam kan communiceren, op een manier die je hersenen begrijpen."

De kunstmatige huid bestaat uit flexibele, organische materialen, en heeft twee lagen. In een paper dat donderdag in het tijdschrift Science werd gepubliceerd, leggen de onderzoekers uit waarom. De bovenste laag bevat druksensoren, terwijl de onderste laag een elektronisch circuit bevat dat de druksignalen omzet in elektronische pulsen.

De onderzoekers testten hun opstelling door de hersencellen van muizen te stimuleren, en maakten daarbij gebruik van optogenetics – een biologische techniek waarbij zenuwen worden ingesteld om op licht te reageren.

"We ontdekten dat het signaal van onze sensor ingevoerd kan worden in deze hersencellen, en dat ze precies reageerden op de manier die we hadden verwacht aan de hand van de druk die werd uitgeoefend," legde Chortos uit.

Chortos vertelde dat een van de grootste uitdagingen was om het circuit en de sensorlaag effectief met elkaar te laten werken. "Er komt veel bij kijken wanneer de elektrische weerstand van de twee componenten wordt samengevoegd, dus er zat veel tijd in het afstemmen daarvan," zei hij.

Een andere uitdaging was om de sensoren dezelfde mate van druk te kunnen laten aanvoelen als wat een menselijke huid kan. Om de signalen die druk uitoefenen op de elektrodes in de sensor te kanaliseren, werden er buisjes van koolstof gemaakt in piramidevormige microstructuren. De sensoren kunnen daardoor van alles detecteren – alles tussen een licht vingertikje en een stevige handdruk.

Momenteel hebben de onderzoekers alleen een klein opzetstuk van plastic huid waarmee ze kunnen experimenteren. Maar in de toekomst willen ze een groter oppervlak kunnen bestrijken, bijvoorbeeld een hele prothetische hand of arm. Ze willen ook geavanceerdere bio-geïntegreerde elektronen ontwikkelen.

"Echte huid heeft een hoge dichtheid van verschillende sensortypes, dus we gaan ons voorlopig vooral bezig houden met het verkleinen en vermeerderen van de sensoren, zodat de gevoeligheid van de huid accurater wordt," zegt Chortos.

De ontwikkeling van de prothetische tasttechnologie gaat mondjesmaat. Vorig jaar publiceerden Zuid-Koreaanse onderzoekers in Nature Communications een studie over een vergelijkbare kunstmatige huid, die in staat is om temperatuur en vochtigheid aan te voelen. Volgens Chortos kunnen we de komende drie tot zes jaar meer van dit soort ontwikkelingen verwachten.

De toepassing van deze kunstmatige huid kan bovendien verder gaan dan bij deze protheses. Ze kunnen mogelijk worden gebruikt voor reddingsrobots, die hiermee betere inschatting van hun omgeving kunnen maken, of voor apparatuur in de gezondheidszorg.

"Op korte termijn hopen we deze gevoelige huid-achtige sensoren vooral in te kunnen zetten om de gezondheid van mensen te peilen," vertelde Zhenan Bao me, de hoofdauteur van deze studie. "Het kan op je huid worden geplaatst als een stuk verband, en worden gebruikt om de signalen te meten van bijvoorbeeld je hartslag en bloeddruk."