Μέλλον φτιαγμένο από… μετάξι

Σήμερα θα ακολουθήσουμε τους (ερευνητικούς) δρόμους του μεταξιού οι οποίοι, όπως θα διαβάσετε, οδηγούν πολλές φορές σε ασύλληπτους για όλους εμάς τους κοινούς θνητούς προορισμούς: από νέου τύπου εμβόλια που δεν θα χρειάζονται συντήρηση και εμφυτεύσιμες μικροσυσκευές μεταφοράς πλήθους φαρμάκων που θα διαλύονται εντός του οργανισμού, ως φιλμ που θα «ντύνουν» τα τρόφιμα κρατώντας τα φρέσκα για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα, μικροτσίπ που θα τοποθετούνται στα δόντια και θα ελέγχουν το τι φάγαμε και το τι ήπιαμε, οπτικά συστήματα που θα… έρπουν, θα περπατούν και θα κολυμπούν και ηλεκτρονικές συσκευές των οποίων όταν τελειώσει ο χρόνος ζωής θα… τρώγονται βοηθώντας στη σωτηρία του (πολύπαθου) περιβάλλοντος. Εφαρμογές – πολλές, πάρα πολλές –  που έχουν την αφετηρία τους σε ένα κουκούλι μεταξοσκώληκα και ακολουθούν το νήμα της φυσικής διαδικασίας παραγωγής του μεταξιού για να τερματίσουν σε ένα μέλλον καλύτερο για όλους μας, συμπεριλαμβανομένου του πλανήτη που πληγώνουμε. Το μέλλον λοιπόν αυτό – το οποίο σε κάποιες περιπτώσεις τείνει να γίνει παρόν – γράφεται μέσα σε ένα (τι άλλο;)… μεταξένιο εργαστήριο: πρόκειται για το Silk Lab του Πανεπιστημίου Tufts στη Βοστώνη, όπου ο ιταλικής καταγωγής καθηγητής Μηχανικής και Βιοϊατρικής Μηχανικής Φιορέντσο Ομενέτο και οι συνεργάτες του δημιουργούν «ζωντανά υλικά» τα οποία υπόσχονται μια καλύτερη ζωή για εκατομμύρια ανθρώπους. Μία ημέρα προτού ο 52χρονος καθηγητής Ομενέτο βρεθεί στο Κέντρο Πολιτισμού Ιδρυμα Σταύρος Νιάρχος (ΚΠΙΣΝ) προκειμένου να συμμετάσχει στο 8ο Συνέδριο του Ιδρύματος Σταύρος Νιάρχος (ΙΣΝ): Untitled: που θα διεξαχθεί στο πλαίσιο του Summer Nostos Festival, μιλά στο «Βήμα» για το πώς φυσικά υλικά σαν το μετάξι (και όχι μόνο) που έρχονται από το χθες δείχνουν προς ένα πιο ανθρωποκεντρικό και… φυσικό αύριο.

Ιστορική
αναδρομή

Το μετάξι πήρε για πρώτη φορά τη μορφή υφάσματος πριν από περίπου 5.000 χρόνια στην Κίνα. Εκτοτε είναι συνυφασμένο με την πολυτέλεια και τη μόδα. Ωστόσο, αυτό το φυσικό υλικό μπορεί να λάβει πλήθος μορφών και να αποδειχθεί «θησαυρός» (χωρίς μεγάλο κόστος) και σε πολύ πιο πρακτικές εφαρμογές, μας λέει ο καθηγητής Ομενέτο ο οποίος μας περιγράφει ότι η δική του πρώτη «μεταξωτή συνάντηση» έγινε τυχαία σε έναν διάδρομο του Πανεπιστημίου Tufts το 2006. «Οι σπουδές μου είναι στην Ηλεκτρική Εφαρμοσμένη Μηχανική και στη Φυσική και η έρευνά μου αφορούσε – και συνεχίζει να αφορά σε μεγάλο βαθμό – λέιζερ και οπτικά συστήματα. «Εμπλεξα» με τη Βιοϊατρική Μηχανική όταν σε έναν διάδρομο του Πανεπιστημίου βρέθηκα με τον στενό πλέον συνεργάτη μου, καθηγητή στη Μηχανική Ιστών, Ντέιβιντ Κάπλαν, ο οποίος εδώ και περίπου 30 χρόνια μελετά τις ιδιότητες του μεταξιού ως φυσικού πολυμερούς για χρήση στη βιοϊατρική έρευνα. Ο Ντέιβιντ μου έδειξε για πρώτη φορά σε εκείνον τον διάδρομο ένα υλικό που έμοιαζε με πλαστικό – πρόκειται για το υλικό που χρησιμοποιούμε στις έρευνές μας μετά την επεξεργασία του μεταξιού – στο οποίο ήθελε να κάνει μερικές οπές. Επρόκειτο ουσιαστικά για ένα εμφύτευμα του κερατοειδούς χιτώνα του ματιού το οποίο μελετούσε στο εργαστήριό του». Η λογική πίσω από το εμφύτευμα αυτό, περιγράφει ο καθηγητής, ήταν η καλλιέργεια κυττάρων του κερατοειδούς χιτώνα επάνω σε ένα άκρως λεπτό εκμαγείο φτιαγμένο από μετάξι. Ωστόσο καθώς η συγκεκριμένη τεχνική απαιτούσε την τοποθέτηση πολλών φιλμ μεταξιού το ένα επάνω στο άλλο για να δημιουργηθεί το καλούπι, ήταν απαραίτητο να μπορούν να περάσουν μέσα από τα στρώματα των μεταξένιων φιλμ θρεπτικά συστατικά και οξυγόνο ώστε να φθάσουν ως τα κύτταρα. «Εξ ου και χρειάζονταν τρύπες στα φιλμ. Εγώ ήμουν ο άνθρωπός του, μου είπε, αφού ασχολιόμουν με τα λέιζερ τα οποία μπορούν να ανοίξουν τέτοιες οπές σε υλικά. Ετσι ξεκίνησε το κοινό μας ταξίδι. Προκάλεσα πράγματι με τα λέιζερ οπές στο υλικό και ανακάλυψα ότι είχε καταπληκτικές ιδιότητες. Ηταν ένα υλικό που με προκαλούσε να δουλέψω μαζί του σε πολλά επίπεδα. Και αυτό έκανα».

Να εξηγήσουμε ότι, προκειμένου να δουλέψουν με το μετάξι, οι ερευνητές ακολουθούν μια διαδικασία κατά την οποία διαλύουν την ίνα του μεταξιού που παράγει η προνύμφη του βόμβυκα της μουριάς (κοινώς του μεταξοσκώληκα) Bombyx mori για να φτιάξει το κουκούλι της, ώστε να λάβουν την καθαρή πρωτεΐνη της που ονομάζεται ινοΐνη ή φιμπροΐνη (fibroin). «Κάνουμε το νήμα να επανέλθει σε μια υγρή κατάσταση και απομονώνουμε όλα τα άλλα συστατικά του, ορισμένα εκ των οποίων μπορεί να είναι και φλεγμονώδη για τον ανθρώπινο οργανισμό, ώστε να λάβουμε μόνο την πλήρως αβλαβή ινοΐνη. Η διαδικασία είναι σχετικά απλή. Τα κουκούλια τεμαχίζονται σε μικρά κομμάτια, βράζονται σε ένα ελαφρώς αλκαλικό διάλυμα, με αποτέλεσμα να αποκολλάται η πρωτεΐνη την οποία και στη συνέχεια διαλύουμε σε αλατούχο διάλυμα. Στην τελική φάση διαλύουμε την πρωτεΐνη σε νερό δημιουργώντας μια υδαρή μορφή της. Σε όλες τις φάσεις της η μέθοδος είναι «πράσινη», αφήνοντας πίσω της ελάχιστα απόβλητα».

Συνταγή πράσινης…
μαγείας

Από αυτή την «πράσινη» μέθοδο προκύπτει τελικώς ένα υλικό σχεδόν μαγικό, ιδιαιτέρως εύπλαστο το οποίο μπορεί να έχει πολλά πρόσωπα – μπορεί να λάβει μεταξύ άλλων τη μορφή σπογγοειδών εκμαγείων για τη δημιουργία ιστών του οργανισμού στο εργαστήριο, τζελ που επουλώνουν κατεστραμμένους ιστούς ή και δομών για την αποκατάσταση καταγμάτων. «Το υλικό που γεννιέται στο εργαστήριο έχει άκρως ελκυστικές ιδιότητες. Για παράδειγμα, είναι βιοσυμβατό, γεγονός που σημαίνει ότι μπορεί να εισαχθεί στον ανθρώπινο οργανισμό χωρίς να υπάρχει φόβος φλεγμονώδους αντίδρασης ή επίθεσης του ανοσοποιητικού συστήματος. Δεν είναι τυχαίο ότι ράμματα από μετάξι χρησιμοποιούνται ευρέως σε νοσοκομεία ολόκληρου του κόσμου – αν και εκτός από αυτά δεν είχαν υπάρξει άλλες ιατρικές εφαρμογές του μεταξιού παγκοσμίως έως ότου ξεκίνησε να ασχολείται μαζί του η ομάδα μας. Επίσης το μετάξι είναι βιοδιασπώμενο και βιοαπορροφήσιμο – αυτό σημαίνει ότι μετά την εισαγωγή του στο ανθρώπινο σώμα μπορεί να διαλυθεί ή να απορροφηθεί χωρίς να υπάρχει φόβος σε διάστημα που εμείς θα ορίσουμε με βάση τη διαδικασία επεξεργασίας που θα επιλέξουμε κάθε φορά».

Το μετάξι όμως είναι άκρως ελκυστικό, ειδικά για τον δρα Ομενέτο, έναν επιστήμονα ο οποίος είναι εξειδικευμένος στην Οπτική – πρόκειται για τον κλάδο της Φυσικής που μελετά τη συμπεριφορά και τις ιδιότητες του φωτός καθώς και τα φαινόμενα που διέπουν την αλληλεπίδραση του φωτός με την ύλη – για έναν επιπλέον λόγο: επειδή το φυσικό αυτό υλικό «λατρεύει» το φως το οποίο λατρεύει και ο ίδιος. «Το μετάξι είναι ένα πολύ καλό οπτικό υλικό. Είναι ένα διαφανές, λείο υλικό που αφήνει το φως όλων των ορατών μηκών κύματος να περάσει από μέσα του, όπως συμβαίνει με το γυαλί, χωρίς να σκεδάζεται στην επιφάνειά του. Μπορεί επίσης να υποστεί επεξεργασία σε μικροκλίμακα και νανοκλίμακα ώστε να αλληλεπιδρά με το φως. Είναι ένα άκρως ενδιαφέρον υλικό που μπορεί να αλλάξει σχήμα και μορφή ενώ είμαστε σε θέση να του προσθέσουμε πολλές διαφορετικές λειτουργίες. Μπορούμε επίσης εμείς να ορίσουμε τον χρόνο που θα βιοδιασπαστεί ανάλογα με τις ανάγκες και παράλληλα να το αναμείξουμε με άλλα βιολογικά στοιχεία για την ανάπτυξη πλήθους προϊόντων. Ολα αυτά το καθιστούν ιδανικό υποψήφιο για πολύ ιδιαίτερες οπτικές συσκευές και όχι μόνο».

Εφαρμογές ιατρικές
ή βρώσιμες!

Τα τελευταία 13 χρόνια λοιπόν, μετά το πρώτο μεταξωτό «πάντρεμα» της βιοϊατρικής έρευνας με τα λέιζερ, επικρατεί στο Tufts ένας πυρετός ερευνητικής δημιουργίας που σε κάποιες περιπτώσεις φθάνει πλέον ως την εμπορευματοποίηση συγκεκριμένων hi-tech προϊόντων. Ο καθηγητής Ομενέτο μάς παραθέτει ορισμένα από τα πιο προχωρημένα και εντυπωσιακά ερευνητικά σχέδια της ομάδας. «Ενα χαρακτηριστικό παράδειγμα της χρήσης που μπορεί να έχει το μετάξι αφορά τη δημιουργία μικροβελόνων. Οι μικροβελόνες που έχουμε δημιουργήσει έχουν την κατάλληλη μηχανική λειτουργία – μπορούν να διαπεράσουν το δέρμα – ενώ παράλληλα μπορούν να μεταφέρουν με ασφάλεια διαφορετικά φάρμακα και να τα εκλύσουν στον οργανισμό. Οι ουσίες των εμβολίων αλλά και ορισμένων ενέσιμων αντιβιοτικών πρέπει να διατηρήσουν το σχήμα τους ώστε να λειτουργούν σωστά. Οταν εκτεθούν σε πολλή ζέστη ή υγρασία, το σχήμα χάνεται και έτσι οι ουσίες δεν είναι αποτελεσματικές. Το μετάξι σταθεροποιεί τα φάρμακα, δρα ως «πινέζα» που διατηρεί τις δομές στη θέση τους και έτσι δεν απαιτείται ψύξη, με αποτέλεσμα να μπορούμε να έχουμε εμβόλια που θα χρησιμοποιούνται εύκολα ακόμη και σε χώρες όπου είναι δύσκολη η συντήρησή τους». Μελέτη που δημοσίευσε μάλιστα η ομάδα του Πανεπιστημίου Tufts το 2012 στην επιθεώρηση «Proceedings of the National Academy of Sciences» (PNAS) έδειξε ότι με την προσθήκη μεταξιού, το εμβόλιο ιλαράς – ερυθράς – παρωτίτιδας (MMR) καθώς και δύο αντιβιοτικά παρέμειναν αποτελεσματικά σε θερμοκρασία της τάξεως των 38 βαθμών Κελσίου για περισσότερο από δύο εβδομάδες – χωρίς τη συμβολή του μεταξιού η αποτελεσματικότητά τους εξαφανίστηκε σε λιγότερο από 24 ώρες. Ετσι, το μέλλον δείχνει «τσιρότα» από μετάξι τα οποία θα τοποθετούνται στο δέρμα και χάρη στις μικροβελόνες που θα περιέχουν θα επιτελούν το σωτήριο θεραπευτικό έργο τους, όποιες και αν είναι οι περιβαλλοντικές συνθήκες. Και όταν λέμε μέλλον, δεν εννοούμε το μακρινό. Ο καθηγητής Ομενέτο μάς ενημερώνει ότι εταιρεία έχει δείξει ήδη ενδιαφέρον για τα «σταθερά» εμβόλια που υπόσχεται το μετάξι και δουλεύει για την κυκλοφορία τους στην αγορά.

Μια άλλη σημαντική εφαρμογή που μπορεί να αλλάξει την καθημερινότητα εκατομμυρίων ανθρώπων βασίζεται στην ιδιότητα του μεταξιού να είναι βρώσιμο. «Αναπτύσσουμε λεπτά φιλμ – σαν μεμβράνες – από μετάξι με τα οποία μπορούμε να ντύσουμε τρόφιμα όπως τα φρούτα. Το μετάξι λειτουργεί ως ένα φράγμα συντήρησης του φρούτου και μπορεί να το κρατήσει φρέσκο για πολλές ημέρες. Οταν κάποιος θέλει να το καταναλώσει μπορεί να το φάει μαζί με το μεταξένιο φιλμ του χωρίς κανένα πρόβλημα». Μάλιστα σε ό,τι αφορά και τη συγκεκριμένη έρευνα, εταιρεία σκοπεύει μέσα στα επόμενα δύο με τρία χρόνια να κυκλοφορήσει τρόφιμα με… μεταξένιο περιτύλιγμα, όπως μας πληροφορεί ο καθηγητής.
Διάλυμα μεταξιού μπορεί επίσης να ψεκαστεί αντί για μελάνι από έναν συμβατικό εκτυπωτή. Για ποιον λόγο; «Για εξατομικευμένες θεραπείες. Φανταστείτε, για παράδειγμα, ότι κάποιος έχει υποστεί ένα σοβαρό τραύμα. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το μετάξι προκειμένου να εκτυπώσουμε έναν επίδεσμο που θα περιέχει εντός του και τα κατάλληλα φάρμακα, όπως αντιβιοτικά, και ο οποίος θα είναι κομμένος και ραμμένος στα μέτρα ακριβώς του τραύματος». Μια άλλη… εκτυπωμένη εφαρμογή του μελανιού μπορεί να δείξει αν μια επιφάνεια είναι επιμολυσμένη με παθογόνα όπως τα βακτήρια. «Εχουμε δείξει ότι μπορούμε να εκτυπώσουμε ένα φιλμ μεταξιού που θα περιέχει αντισώματα επάνω σε εργαστηριακά γάντια. Αν τα γάντια ακουμπήσουν επάνω σε μια επιφάνεια που είναι επιμολυσμένη αλλάζουν χρώμα προειδοποιώντας ότι υπάρχει κίνδυνος».

Αισθητήρες
και επιθέματα
Οι πιθανές μεταξένιες εφαρμογές δεν έχουν όμως τελειωμό. Πέρυσι οι ερευνητές του Silk Lab παρουσίασαν στην επιθεώρηση «Advanced Materials» μικροσκοπικούς αισθητήρες οι οποίοι μπορούν να τοποθετηθούν επάνω στα δόντια και επικοινωνώντας ασύρματα με μια συσκευή να μεταδίδουν πληροφορίες σχετικά με την πρόσληψη γλυκόζης, αλατιού και αλκοόλ που έχει κάνει ένα άτομο. Σύμφωνα με τον καθηγητή «τέτοιου είδους αισθητήρες θα μπορούν στο μέλλον να ανιχνεύουν και να καταγράφουν ένα ευρύ φάσμα θρεπτικών συστατικών και χημικών ουσιών που προσλαμβάνει κάποιος αλλά και να μεταδίδουν σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση του οργανισμού του». Οι αισθητήρες που δημιούργησαν οι ερευνητές και οι οποίοι έχουν διαστάσεις 2 Χ 2 χιλιοστόμετρα αποτελούνται από τρία στρώματα, τοποθετημένα το ένα επάνω στο άλλο σαν σάντουιτς. Τα δύο εξωτερικά στρώματα είναι φτιαγμένα από χρυσό ενώ το κεντρικό στρώμα που έχει ως βάση του το μετάξι είναι άκρως ευαίσθητο και μπορεί να απορροφά τα θρεπτικά και χημικά στοιχεία που χρειάζεται να ανιχνευθούν. Στο σύνολό τους τα στρώματα λειτουργούν σαν μια μικροσκοπική κεραία που μπορεί να συλλέγει και να μεταδίδει κύματα στο φάσμα των ραδιοσυχνοτήτων. Οταν το κεντρικό μεταξένιο στρώμα του αισθητήρα προσλάβει ένα στοιχείο όπως το αλάτι ή η αιθανόλη οι ηλεκτρικές του ιδιότητες αλλάζουν, με αποτέλεσμα ο αισθητήρας να απορροφά και να μεταδίδει διαφορετικό φάσμα ραδιοσυχνοτήτων. Ετσι γίνεται η ανίχνευση και η μέτρηση της πρόσληψης των διαφορετικών στοιχείων. «Τέτοιου είδους αισθητήρες θα μπορούν να τοποθετηθούν όχι μόνο στα δόντια αλλά και στο δέρμα ή σε οποιαδήποτε άλλη επιφάνεια. Ωστόσο δεν είναι τόσο εύκολη η εξαγωγή των στοιχείων που μεταδίδονται και τώρα εργαζόμαστε επάνω στην επίλυση αυτού του προβλήματος».
Λίγα χρόνια νωρίτερα ο καθηγητής Ομενέτο σε συνεργασία με ειδικούς της Επιστήμης Υλικών του Πανεπιστημίου του Ιλινόι στην Ουρμπάνα-Σαμπέιν ανέπτυξε μια ασύρματη συσκευή με κύριο συστατικό (τι άλλο;) το μετάξι που ονομάστηκε «magnesium heater» και η οποία σχεδιάστηκε για να εξολοθρεύει τοπικές βακτηριακές λοιμώξεις. Οπως είχαν αναφέρει οι ερευνητές στο PNAS, η συσκευή τους με μέγεθος όσο το ένα τέταρτο ενός γραμματοσήμου αποτελείται από λεπτά, διάφανα φιλμ μεταξιού τα οποία είναι κλεισμένα σε έναν «λαβύρινθο». Ο «λαβύρινθος» αποτελείται από μια ελικοειδή αντίσταση και ένα πηνίο φτιαγμένο από μαγνήσιο (ένα ζωτικής σημασίας ιόν για το σώμα). Με δεδομένο ότι το μαγνήσιο αποδομείται σχετικά γρήγορα στους ζωντανούς ιστούς, το μετάξι λειτουργεί ως προστατευτική ασπίδα η οποία του επιτρέπει να έχει μεγαλύτερο χρόνο ζωής. Οι ερευνητές εμφύτευσαν τη συσκευή αυτή κάτω από το δέρμα ποντικών που είχαν μολυνθεί με το βακτήριο Staphylococcus aureus. Με χρήση ενός τηλεχειριστηρίου έδωσαν εντολή στο πηνίο να θερμάνει την αντίσταση, η οποία με τη σειρά της εξολόθρευσε τα βακτήρια. Σε ένα δεύτερο πείραμα οι επιστήμονες «εμπλούτισαν» το μετάξι της συσκευής με ένα φάρμακο. Είδαν ότι και σε αυτή την περίπτωση η θερμότητα που αναπτύχθηκε οδήγησε σε έκλυση του φαρμάκου το οποίο και πάλι νίκησε τα βακτήρια. Το όραμα των ειδικών είναι ότι κάποια ημέρα με χρήση τέτοιου είδους συσκευών οι ασθενείς δεν θα χρειάζεται να λαμβάνουν φάρμακα σε τακτική βάση. Ολα τα φάρμακα που έχουν ανάγκη θα περιέχονται σε τέτοιες μικροσκοπικές συσκευές τις οποίες ο καθένας θα χειρίζεται εξ αποστάσεως ώστε να γίνει έκλυση των φαρμακευτικών ουσιών εντός του οργανισμού του. Παράλληλα, συσκευές σαν και αυτές θα μπορούν να εισάγονται κατά τη διάρκεια χειρουργικών επεμβάσεων στις τομές προτού αυτές ραφτούν από τους γιατρούς. Με δεδομένο ότι 10%-15% των ασθενών που υποβάλλονται σε επέμβαση εμφανίζουν βακτηριακές λοιμώξεις μετά το χειρουργείο, τέτοιες προσεγγίσεις θα τους σώζουν από μια πιθανή λοίμωξη.

Βρώσιμα
ηλεκτρονικά
Η ομάδα πειραματίζεται πολύ και με την ανάπτυξη βρώσιμων ηλεκτρονικών. «Θα μπορούμε στο μέλλον να έχουμε μεταξωτά αυτοκόλλητα, όπως αυτά για παράδειγμα που βάζουμε επάνω στα τρόφιμα, τα οποία θα δίνουν με ολογράμματα ή με κάποιους άλλους δείκτες πληροφορίες για το κάθε τρόφιμο, όπως το βακτηριακό φορτίο του, και θα καταναλώνονται μαζί με το τρόφιμο» αναφέρει ο καθηγητής του Tufts. Ισως κάποια ημέρα να αποκτήσουμε και «έξυπνα» κινητά αλλά και άλλες συσκευές που μόλις τελειώσει ο χρόνος ζωής τους θα τα… απολαμβάνουμε ως γεύμα αντί να τα πετάμε. Είναι χαρακτηριστικό ότι σε ομιλία που έδωσε ο δρ Ομενέτο το 2011 στο γνωστό συνέδριο Ted «έφαγε» το iPhone του ενθουσιάζοντας το κοινό. «Ηταν μια συμβολική κίνηση, το κινητό μου ήταν απλώς ένα μπισκότο. Θέλησα όμως να δείξω στους παρευρισκομένους ότι το μέλλον απαιτεί ηλεκτρικές και ηλεκτρονικές συσκευές με μικρότερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα. Και η δική μας ομάδα προσπαθεί πολύ προς αυτή την κατεύθυνση. Το μεγαλύτερο εμπόδιο είναι το να αναπτύξουμε πλήρως βιοσυμβατές μπαταρίες αλλά παλεύουμε καθημερινά για να το επιτύχουμε. Και βέβαια πρέπει, ακόμη και αν κάτι τέτοιο καταστεί κάποια ημέρα επιστημονικώς εφικτό, να πείσουμε τη βιομηχανία ότι θα πρόκειται για μια καλή στρατηγική από άποψη κόστους. Το μετάξι ξεκίνησε ως ένα προϊόν πολυτελείας και έτσι έχει περάσει στη συνείδηση όλων. Ωστόσο η διαδικασία που ακολουθούμε για την παραγωγή της πρωτεΐνης του μεταξιού στο εργαστήριο δεν συνδέεται με μεγάλο κόστος. Πιστεύω ότι κάποτε, όταν υπερπηδηθούν όλα τα εμπόδια, τα βρώσιμα ηλεκτρονικά θα προσφέρουν πολλά και σε πλήθος πεδίων». Πότε θα μπορούσε να είναι αυτό το κάποτε; ρωτήσαμε τον καθηγητή. Σε 10, σε 20 χρόνια από τώρα; «Δεν μπορώ να γνωρίζω ακριβώς, αλλά τα 10 χρόνια είναι μάλλον μια πολύ αισιόδοξη πρόβλεψη καθώς είναι πολλά τα ερωτήματα που πρέπει να βρουν πρώτα την απάντησή τους».
Πολλές είναι και οι μεταξωτές υποσχέσεις σε ό,τι αφορά την προσθήκη του μεταξιού σε οπτοηλεκτρονικές συσκευές που χρησιμοποιούνται σε καθημερινή βάση. «Το μετάξι μπορεί να προσφέρει σε αυτές τις συσκευές βιολογική λειτουργικότητα, να τις… ζωντανέψει. Για παράδειγμα τα RFID τσιπ (Radio Frequency Identification chip), που προσφέρουν ταυτοποίηση μέσω ραδιοσυχνοτήτων και έχουν πλήθος εφαρμογών, όπως επάνω σε προϊόντα στις αλυσίδες καταστημάτων, θα μπορούν με την προσθήκη μεταξιού να αποκτούν νέες βιολογικές ιδιότητες, να αλληλεπιδρούν διαφορετικά με το περιβάλλον. Πολλές συσκευές στο μέλλον θα “αισθάνονται” και θα αντιδρούν με νέους τρόπους με τον κόσμο γύρω τους».

Μαγνητικά ελαστομερή
Μια «φωτεινή» εφαρμογή του μεταξιού παρουσιάστηκε την περασμένη χρονιά στο PNAS. Ο καθηγητής Ομενέτο και η ομάδα του ανέφεραν ότι ανέπτυξαν μαγνητικά ελαστομερή υλικά με διαφορετικές μορφές, όπως είναι τα φιλμ, οι σπόγγοι και τα υδροτζέλ, τα οποία κινούνται με διαφορετικούς τρόπους όταν εκτεθούν σε φως. Τέτοιου είδους υλικά, κατά τον καθηγητή, ανοίγουν τον δρόμο για τη δημιουργία πλήθους προϊόντων που θα εκτελούν απλές ως και πολύπλοκες κινήσεις – από μικροσκοπικές μηχανές και βαλβίδες ως ηλιακά πάνελ που θα στρέφονται προς το φως του ήλιου, όπως κάνουν με φυσικό τρόπο τα ηλιοτρόπια. Η φιλοσοφία πίσω από τέτοιου είδους συσκευές βασίζεται στην αρχή της θερμοκρασίας (ή σημείου) Κιουρί – πρόκειται, όπως περιέγραψε ο Πιερ Κιουρί, για τη θερμοκρασία στην οποία συγκεκριμένα υλικά χάνουν τις μόνιμες μαγνητικές ιδιότητές τους για να αντικατασταθούν από επαγόμενο μαγνητισμό. Τα βιοπολυμερή και ελαστομερή των ερευνητών που περιέχουν σιδηρομαγνητικό οξείδιο του χρωμίου θερμαίνονται όταν εκτίθενται σε λέιζερ ή στο φως του ήλιου, χάνοντας έτσι παροδικά τις μαγνητικές ιδιότητές τους μέχρις ότου κρυώσουν ξανά. Μπορούν λοιπόν έτσι να κινηθούν – να λυγίσουν, να τεντωθούν, να στριφογυρίσουν – μέσω επαγόμενου μαγνητισμού που προκαλείται από εξωτερικούς ηλεκτρομαγνήτες. «Αυτές οι κινήσεις είναι δυνατόν να προκληθούν και να ελεγχθούν ασύρματα με χρήση φωτός. Και μπορεί να γίνουν άκρως πολύπλοκες – τα υλικά μια ημέρα θα έρπουν, θα περπατούν ή θα κολυμπούν» τονίζει ο καθηγητής. Στην καρδιά των… κινούμενων υλικών που δημιούργησαν οι επιστήμονες του Tufts βρίσκονται μεταξύ άλλων η πολυδιμεθυλοσιλοξάνη (PDMS), η οποία είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο ελαστομερές από το οποίο δημιουργούνται εύκαμπτα φιλμ, καθώς και (βεβαίως, βεβαίως), η ινοΐνη του μεταξιού. «Με επιπλέον “χειραγώγηση” των υλικών, του φωτός και του μαγνητικού πεδίου μπορούμε θεωρητικώς στο μέλλον να επιτύχουμε άκρως πολύπλοκες και συντονισμένες κινήσεις. Συσκευές που θα διπλώνουν και θα ξεδιπλώνουν, μηχανές σε επίπεδο μικροκλίμακας και νανοκλίμακας που θα κινούνται κατά βούληση, βαλβίδες που θα ανοιγοκλείνουν με χειρισμό εξ αποστάσεως».
Ο δρ Ομενέτο είναι χειμαρρώδης καθώς, πράγματι, οι πιθανές εφαρμογές της πρωτοποριακής έρευνάς του είναι ανεξάντλητες. Θα χρειαζόμασταν πολλά αφιερώματα (σε συνέχειες) για να τις καλύψουμε, πράγμα αδύνατον. Ας μείνουμε σε αυτή τη φάση στα λόγια του που συνοψίζουν όλη τη φιλοσοφία του ιδίου και της 20μελούς ομάδας του στο Silk Lab. «Αυτό που τελικά κάνουμε είναι να δίνουμε νέο σχήμα στη Χημεία και στη Βιολογία. Και ελπίζουμε ότι θα υπάρχουν ολοένα και περισσότεροι εραστές αυτής της νέας οπτικής οι οποίοι θα στηρίξουν τέτοιου είδους έρευνες. Ηδη πάντως οι εραστές αυξάνονται καθώς το ζήτημα δεν είναι μόνο επιστημονικό και εργαστηριακό αλλά μπορεί να έχει πλήθος εφαρμογών στην καθημερινότητα του πληθυσμού».
Κλείνοντας, ας ταξιδέψουμε, έστω και νοερά, μέχρι το γραφείο του Φιορέντσο Ομενέτο στο Silk Lab και ας σταθούμε έξω από την πόρτα του. Και μόνο αυτή η πόρτα δείχνει πολλά για την ιδιοσυγκρασία του ανθρώπου που το γραφείο φιλοξενεί πολλές ώρες της ημέρας – πρόκειται για έναν επιστήμονα με μεγάλη, μακρόχρονη καριέρα στις ΗΠΑ, ο οποίος δεν ξεχνά όμως ποτέ την ιταλική καταγωγή του. Την πόρτα λοιπόν κοσμεί μια μεγάλη αφίσα που γράφει: «Είμαι Ιταλός και δεν μπορώ να ηρεμήσω». Αυτή η κατάσταση… μη ηρεμίας θεωρεί ο ίδιος, όπως μας λέει, ότι είναι απαραίτητη στην έρευνα ώστε να πάει τους επιστήμονες αλλά και τον κόσμο ολόκληρο μπροστά. «Χρειάζεται να μην επαναπαύεσαι ποτέ, χρειάζεται η περιέργεια να είναι πάντα η κινητήριος δύναμή σου, όπως και η συνεχής επικοινωνία, η συνεργασία με άλλους επιστήμονες. Σίγουρα πάντως, εκτός από την επιστημονική μου ζωή, είμαι Ιταλός σε όλα μου, και αυτό δεν είναι με τίποτα συνώνυμο της ηρεμίας!». Ο ανήσυχος Ιταλός λοιπόν υπόσχεται με τους συνεργάτες του να ταράξει στα χρόνια που έρχονται τα νερά της επιστήμης, της τεχνολογίας και τελικά της καθημερινότητάς μας με πρωτοπόρες έρευνες… απαλές σαν το μετάξι. Θα περιμένουμε, φυσικά, τα νεότερα από τα φυσικά υλικά του μεταξένιου εργαστηρίου στο Tufts!

BRAIN DRAIN
Η Ευρώπη πρέπει
να φέρει ξανά
την επιστήμη
στο προσκήνιο
Θέσαμε στον καθηγητή Ομενέτο, που ξεκίνησε τη ζωή του στο Βαρέζε της Ιταλίας για να ταξιδέψει στην άλλη πλευρά του Ατλαντικού και να κάνει μια εντυπωσιακή καριέρα στις ΗΠΑ, την ερώτηση που πονά όλες τις χώρες, ειδικά της Νότιας Ευρώπης, και η οποία αφορά το τεράστιο brain drain, τη μετανάστευση πολύ καλών επιστημόνων προς άλλες χώρες για καλύτερες συνθήκες εργασίας και ζωής. Ο ίδιος είναι ένας επιστήμονας που έφυγε από την Ευρώπη για να εργαστεί σε άλλη ήπειρο – αν και αυτό έγινε πολλά χρόνια πριν χτυπήσει η κρίση τις νοτιοευρωπαϊκές χώρες. Θα γυρνούσε ποτέ πίσω στη γενέτειρά του για να δημιουργήσει ερευνητικά; «Λείπω πολλά χρόνια πια από την Ιταλία και οι ευκαιρίες που παρέχονται στις ΗΠΑ για να λειτουργήσει ένας επιστήμονας είναι τεράστιες. Ξέρω πολύ καλά το πρόβλημα με τη μετανάστευση πολλών νέων και καλών επιστημόνων από ευρωπαϊκές χώρες. Το καλό είναι ότι η κατάσταση αρχίζει να αλλάζει λίγο προς το καλύτερο, ωστόσο απαιτούνται πολλά βήματα ακόμη. Χρειάζεται η επιστήμη να έλθει στο προσκήνιο, χρειάζεται να μπει στην ατζέντα των κυβερνήσεων, καθώς μπορεί να προσφέρει πολλά και κυρίως ανάπτυξη, την οποία χρειάζονται πολλές χώρες που έχουν ζήσει κρίση. Γι’ αυτό αγαπώ τόσο τις ΗΠΑ, διότι προάγουν την επιστήμη, παρέχουν πόρους για έρευνα και ανάπτυξη. Είναι ένα πολύ παραγωγικό περιβάλλον. Στην Ευρώπη υπάρχει τεράστια παράδοση στην επιστήμη και πρέπει να τη φέρουμε ξανά μπροστά, να χτίσουμε ευκαιρίες, να βοηθήσουμε ώστε να γίνουν σημαντικές επιστημονικές ανακαλύψεις, οι οποίες με τη σειρά τους θα ανοίξουν τον δρόμο της ανάπτυξης – νέα προϊόντα, νέες μονάδες παραγωγής τους, νέες θέσεις εργασίας και τελικώς καλύτερο μέλλον για τις κοινωνίες».

24-25 ΙΟΥΝΙΟΥ
Συνέδριο στο
«Σταύρος Νιάρχος»
Το 8ο Συνέδριο του Ιδρύματος Σταύρος Νιάρχος (ΙΣΝ) με τίτλο «Untitled» θα λάβει χώρα αύριο Δευτέρα 24 και μεθαύριο Τρίτη 25 Ιουνίου στο πλαίσιο του Summer Nostos Festival στο Κέντρο Πολιτισμού Ιδρυμα Σταύρος Νιάρχος (ΚΠΙΣΝ). Το συνέδριο θα φιλοξενήσει ομιλητές υψηλού επιπέδου από διαφορετικούς κλάδους, θέτοντάς τους την πρόκληση να τοποθετηθούν και να συζητήσουν για θεματικές που βρίσκονται έξω από τα όρια της αυθεντίας τους. Οπως αναφέρει το ΙΣΝ, μέσω του συνεδρίου αυτού «προσπαθούμε να προσπεράσουμε τις “ταμπέλες”, τα όρια και τις συμβάσεις και να προκαλέσουμε απροσδόκητες συζητήσεις από ομιλητές από διαφορετικούς τομείς, πολιτισμούς, εθνικότητες και γεωγραφικούς χώρους, προκειμένου να εξετάσουν ένα ζήτημα όχι ως εμπειρογνώμονες, αλλά ως σύγχρονοι στοχαστές». Περισσότερες πληροφορίες για το συνέδριο μπορείτε να βρείτε στον παρακάτω σύνδεσμο: https://www.snfestival.org/synedrio-isn/. Η είσοδος θα είναι ελεύθερη στο κοινό με προεγγραφή στον σύνδεσμο https://afea.eventsair.com/8th-snf-2019/regsite/Site/Register. Σημειώνεται ότι το Summer Nostos Festival διοργανώνεται και υλοποιείται από τις 23 ως τις 30 Ιουνίου στο ΚΠΙΣΝ με την αποκλειστική δωρεά του ΙΣΝ και σε συνεργασία με το ΚΠΙΣΝ.
Στο συνέδριο ο καθηγητής Ομενέτο θα παρευρεθεί μαζί με τον Πίο Μπαρόνε Λουμάγκα – ιδρυτή και διευθυντή του Innovation Design Lab – στο πάνελ «Between Humanity and Nature», που θα πραγματοποιηθεί αύριο Δευτέρα 24 Ιουνίου, 12.00-12.50. Συντονιστής της συζήτησης θα είναι ο συγγραφέας Τας Οου. Παράλληλα ο δρ Ομενέτο θα κάνει στο πλαίσιο του συνεδρίου μια εντυπωσιακή παρουσίαση σχετικά με τις επιφάνειες που… αισθάνονται. Θα γίνει συγκεκριμένα παρουσίαση ταπισερί διαστάσεων 3 x 1 μέτρων εκτυπωμένων με μελάνια μεταξιού, οι οποίες θα αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον και θα αλλάζουν χρώμα. Οσοι πιστοί σπεύσατε!

Και άλλα φυσικά υλικά στο «μικροσκόπιο»
Η ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου Tufts δεν πειραματίζεται μόνο με το μετάξι αλλά και με άλλα φυσικά υλικά, όπως μας λέει ο καθηγητής Ομενέτο. «Εμπνεόμαστε γενικώς από τη φύση, τη δομή και τη λειτουργία της για να πάρουμε ιδέες και να τις μεταφέρουμε στο εργαστήριο. Η φύση λειτουργεί με απίστευτο έλεγχο, τον οποίο προσπαθούμε να μιμηθούμε για τη δημιουργία υλικών σε νανοκλίμακα, μικροκλίμακα αλλά και σε μακροκλίμακα. Ετσι διερευνούμε πλήθος ουσιών από κάθε δυνατή πηγή: από τα φύλλα που πέφτουν από τα δέντρα, από τα νύχια και τα μαλλιά μας, από τα όστρακα. Βλέπουμε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της καθεμίας από αυτές. Εργαζόμαστε επάνω σε οπτικές συσκευές με βάση το κασμίρι, με μείγματα που περιέχουν μετάξι και κυτταρίνη, ή ακόμη και μετάξι και χιτοζάνη, για τη δημιουργία συνθετικών δερμάτων. Είναι πάρα πολλά αυτά που μπορεί να μας διδάξει η φύση και έτσι είναι πολλές και οι… φυσικές έρευνες που “τρέχουμε” στο εργαστήριο. Βέβαια, σε κάποιες περιπτώσεις χρειάζεται πιο μεγάλη επεξεργασία από αυτή που απαιτείται για το μετάξι, και έτσι αναζητούμε τους πιο φιλικούς προς το περιβάλλον τρόπους για την παραγωγή των υλικών και των μειγμάτων μας. Το πεδίο πάντως είναι άκρως υποσχόμενο και κατά τη γνώμη μου δείχνει τη δυναμική των… αναμείξεων. Η ισχύς εν τη ενώσει και μπορούμε να εκμεταλλευθούμε τα πλεονεκτήματα του κάθε υλικού που χρησιμοποιούμε στα μείγματά μας για να εξαγάγουμε το καλύτερο και πιο σταθερό αποτέλεσμα».