Hvordan blækspruttecamouflage kan hjælpe med at forhindre hudkræft hos mennesker

Det var ikke det resultat, forskerne ønskede.

"Da vi bemærkede, at det skiftede farve i lys, blev vi super irriterede," siger Leila Deravi, assisterende professor i kemi og kemisk biologi ved Northeastern. Det betød, at stoffet ikke var stabilt nok til de applikationer, Deravi havde i tankerne.

Men skuffelsen var kortvarig, da Dan Wilson, en forsker ved Northeasterns Kostas Research Institute, hurtigt indså, at resultatet kunne vendes til en funktion snarere end en fejl.

Wilson byggede på den uønskede kemiske reaktion for at skabe enheder på størrelse med en krone, der skifter farve, når de har været udsat for en skadelig mængde ultraviolet stråling, og hjælper folk med at forhindre kræftfremkaldende hudskader. Opfindelsen er i bund og grund et lille klistermærke, som folk kan placere på en skjorte, hat eller badedragt, når de er på vej udenfor.

"Vi ved alle mere eller mindre, at for meget sol på en dag med højt UV-indeks er dårligt. Men vi ved ikke nødvendigvis, hvordan det oversættes til tid i solen," siger Wilson. "Dette er beregnet til at give en visuel, kvalitativ indikation af, hvornår du måske har været i solen for længe, ​​og du bør overveje at bruge lidt tid i skyggen eller påføre din solcreme igen."

Udviklingen af ​​denne enhed startede ikke med mennesker, men med blæksprutter.

På det tidspunkt var Wilson en postdoktoral forskningsmedarbejder i Deravis Biomaterials Design Group. Holdet studerer, hvordan blæksprutter - tentakler havdyr som blæksprutter, blæksprutter og blæksprutter - camouflerer sig selv for at blande sig i deres miljø. Med særlig fokus på blæksprutte har forskerne identificeret og isoleret mange mekanismer, pigmenter og kemiske reaktioner, der gør det muligt for dyrene at ændre deres udseende med lethed.

Da den kredsløbige opdagelse fandt sted, testede Wilson et stof, der var afgørende for blækspruttens farveskiftende evner:et pigment kaldet xanthommatin. Det lille molekyle giver blækspruttehud dens synlige farve.

Deravis team havde allerede fundet ud af, at xanthommatin kunne manipuleres til at ændre farve, og hun håbede, at det kunne være noget, der kunne integreres i materialer til en række forskellige applikationer såsom tøj eller andre forbrugerprodukter. Men for at det skal være muligt, siger hun, skal xanthommatin være stabilt og kontrollerbart i mange miljøer.

Så da Wilson bemærkede, at xanthommatin ville ændre farve, når det blev holdt ude på laboratoriebænken i omgivende naturligt lys, blev Deravi i begyndelsen skuffet.

Men Wilson så denne åbenbaring som en mulighed. Hvis stoffet reagerer på den ultraviolette stråling, der er sollys, så kunne det bruges som sensor til netop det. Og han havde bare metoden i tankerne.

På kandidatskolen studerede Wilson papirbaseret mikrofluidik. Han udnyttede denne viden til at bygge et system, der farver små stykker papir med xanthommatin-pigmentet og aktiverer det med et tryk på en knap.

Den bærbare enhed er omtrent på størrelse med spidsen af ​​en af ​​Wilsons fingre. Den er lavet af fem tynde lag af omhyggeligt udformede ark plastik og et rundt stykke papir, der er blevet behandlet med pigmentet og tørret ud. Sensoren aktiveres, når en bruger trykker på "knappen", et lille reservoir af væske i kanten af ​​enheden. Det tryk skubber væsken gennem kanaler skåret i et mellemlag af plast for at hydrere det behandlede papir. Når den først er våd, vil den reagere under UV-stråling og skifte fra en gul/orange farve til en rød, jo mere den har været udsat.

Selve plastikken er for det meste lavet af det samme materiale, der bruges til et gennemsigtigt ark til en overheadprojektor. Der er et simpelt basislag, derefter kanallaget, toppet med et lag for at forsegle alle kanalerne undtagen et lille hul i midten, hvorfra væsken flyder. Det fjerde lag er en afstandsholder med et bredt hul skåret ind i, som Wilson forsigtigt placerer papirsensoren i ved hjælp af en lang, tynd pincet. Sensorlaget er toppet med en tynd film af plastik, der typisk bruges i væggene eller taget af et drivhus. Wilson valgte dette materiale, fordi det slipper så meget sollys igennem som muligt.

Wilson testede enheden under mange forhold, beskrevet i et papir offentliggjort i denne måned i tidsskriftet ACS Sensors , og kalibrerede den til UV-niveauer, som folk sandsynligvis vil opleve under en række naturlige forhold.

"Jeg tror, ​​man altid bliver overrasket over, hvad en sikker soltid er," siger han. "Det afhænger virkelig af vejret, men det kan tage minutter."

Solcreme hjælper dog. Wilson forsøgte at belægge sensoren med solcreme og fandt ud af, at farveændringen skete meget langsommere. Brugere kunne lægge solcreme på enheden, når de smører solcreme på deres egen hud som en måde at matche deres påføring med sensorens advarsel, siger han.

Forskerne forventer, at folk vil bruge denne enhed til at overvåge soleksponering, men sensoren kan også bruges i andre situationer, hvor det er nyttigt at måle lyseksponering. For eksempel bruges UV-stråling ofte til at sterilisere miljøer. Deravi siger, at disse klistermærker kunne bruges til at indikere, når en overflade har været udsat for UV-stråling længe nok til at blive fuldstændig steriliseret.