I en inte alltför avlägsen framtid kan tatueringar bli medicinska diagnostiska apparater såväl som kroppskonst. LightFieldStudios / iStock via Getty Images

I sci-fi-romanen “Diamantåldern” av Neal Stephenson har kroppskonst utvecklats till "ständigt skiftande mediatriska tatueringar" - skärmar i huden som drivs av nanotekniska robotar. Under de 25 år som gått sedan romanen publicerades har nanoteknik fått tid att komma ikapp, och sci-fi-visionen om dynamiska tatueringar börjar bli verklighet.

De första exemplen på färgförändrande nanotech-tatueringar har utvecklats under de senaste åren, och de är inte bara för kroppskonst. De har ett biomedicinskt syfte. Föreställ dig en tatuering som varnar dig för ett hälsoproblem som signaleras av en förändring i din biokemi eller strålningsexponering som kan vara farlig för din hälsa.

Du kan inte gå in på läkarmottagningen och få en dynamisk tatuering ännu, men de är på väg. Tidiga bevis på konceptstudier ger övertygande bevis för att tatueringar kan konstrueras, inte bara för att ändra färg utan för att känna och förmedla biomedicinsk information, inklusive cancer.

Signalering av biokemiska förändringar

År 2017 tatuerade forskare grisskinn, som hade tagits bort från grisen, med molekylära biosensorer som använder färg för att indikera natrium-, glukos- eller pH-nivåer i hudens vätskor.

År 2019 utvidgade ett forskargrupp den studien till att inkludera proteinavkänning och utvecklade smarttelefonavläsningar för tatueringar. I år visade de också det elektrolytnivåer kunde detekteras med fluorescerande tatueringssensorer.

År 2018 utvecklade ett team av biologer en tatuering gjord av konstruerade hudceller som mörknar när de känner en obalans i kalcium orsakad av vissa cancerformer. De demonstrerade den cancerdetekterande tatueringen hos levande möss.

UV-strålningssensorer

Mitt lab is tittar på tekniska tatueringar från en annan vinkel. Vi är intresserade av att känna av yttre skador, såsom ultraviolett strålning. UV-exponering i solljus och solarium är den viktigaste riskfaktorn för alla typer av hudcancer. Hudcancer utan melanom är de vanligaste maligniteterna i USA, Australien och Europa.

UV-aktiverad tatueringsfärg är osynlig tills den utsätts för UV-ljus. Jesse Butterfield / Laboratory for Emergent Nanomaterials, University of Colorado Boulder, CC BY-NC-ND

För att hjälpa till att lösa detta problem utvecklade vi en osynlig tatueringsfärg som bara blir blå i UV-ljus, varnar dig när din hud behöver skydd. Tatueringsfärgen innehåller ett UV-aktiverat färgämne inuti en nanokapsel av plast som är mindre än en mikron i diameter - eller tusendels millimeter - ungefär samma storlek som ett vanligt tatueringspigment.

Nanokapseln behövs för att göra de färgförändrande tatueringspartiklarna tillräckligt stora. Om tatueringspigmenten är för små rensar immunförsvaret dem snabbt från huden och tatueringen försvinner. De implanteras med hjälp av tatueringsmaskiner på samma sätt som vanliga tatueringar, men de håller bara i flera månader innan de börjar försämras från UV-exponering och andra naturliga processer och bleknar, vilket kräver en "booster" -tatuering.

Jag fungerade som den första mänskliga testpersonen för dessa tatueringar. Jag skapade ”solfregnar” på underarmen - osynliga fläckar som blev blåa under UV-exponering och påminde mig när jag skulle använda solskyddsmedel. Mitt laboratorium arbetar också med osynliga UV-skyddande tatueringar som absorberar UV-ljus som tränger igenom huden, som en långvarig solskyddsmedel precis under ytan. Vi arbetar också med "termometer" -tatueringar med temperaturkänsliga bläck. I slutändan tror vi att tatueringsfärger kan användas för att förebygga och diagnostisera sjukdom.

{vembed Y=4CGFPbFqdJ4}
I detta TEDx-samtal demonstrerar författaren UV-detekterande tatuering.

Tillfälliga högteknologiska tatueringar

Tillfälliga överföringstatueringar genomgår också en högteknologisk revolution. Bärbara elektroniska tatueringar som kan känna av elektrofysiologiska signaler som hjärtfrekvens och hjärnaktivitet eller övervaka hydrering och glukosnivåer från svett är under utveckling. De kan till och med användas för styr mobila enheter, till exempel blandning av en musikspellista med en tatuering eller för självlysande kroppskonst som lyser upp huden.

Fördelen med dessa bärbara tatueringar är att de kan använda batteridriven elektronik. Nackdelen är att de är mycket mindre permanenta och bekväma än traditionella tatueringar. Likaså utvecklas elektroniska enheter som går under huden av vetenskapsmän, konstruktörer och biohackare men de kräver invasiva kirurgiska ingrepp för implantation.

Tatueringar som injiceras i huden erbjuder det bästa från två världar: minimalt invasivt, men ändå permanent och bekvämt. Ny nålfria tatueringsmetoder att mikroskopiska bläckdroppar i huden nu utvecklas. När de är perfekta kommer de att göra tatuering snabbare och mindre smärtsam.

Redo för daglig användning?

De färgförändrande tatueringarna under utveckling kommer också att öppna dörren till en ny typ av dynamisk kroppskonst. Nu när tatueringsfärgerna kan ändras med en elektromagnetisk signal kommer du snart att kunna "programmera" din tatuerings design eller slå på och av den. Du kan stolt visa din nacke-tatuering vid motorcykelrallyet och ändå ha klar hud i rättssalen.

När forskare utvecklar dynamiska tatueringar måste de studera säkerheten för högteknologiska bläck. Som det är är lite känt om säkerheten för de mer än 100 olika pigment som används i vanliga tatueringsfärger. De US Food and Drug Administration har inte utövat tillsynsmyndighet över tatueringspigment, med hänvisning till andra konkurrerande folkhälsoprioriteringar och brist på bevis för säkerhetsproblem med pigmenten. Så amerikanska tillverkare kan lägga vad de vill i tatueringsfärger och sälja dem utan FDA-godkännande.

Hittills finns det inga bevis för att tatueringar orsakar canceroch en studie visade till och med att svarta tatueringar skyddar mot UV-inducerad hudcancer. Fortfarande många tatueringsfärger innehåller eller bryts ned till ämnen som är kända för att vara farligaoch hälsokomplikationer inklusive infektion, allergi och granulom har varit finns i cirka 2% av tatueringarna. Mer forskning behövs för att förstå de långsiktiga effekterna av nano- och mikroimplantat i huden i allmänhet.

En våg av högteknologiska tatueringar växer långsamt upp och kommer sannolikt att fortsätta stiga under överskådlig framtid. När den anländer kan du välja att surfa eller titta på från stranden. Om du klättrar ombord kan du kontrollera din kroppstemperatur eller UV-exponering genom att helt enkelt titta på en av dina tatueringar.

Om författaren

Carson J Bruns, biträdande professor, University of Colorado Boulder

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.