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從昆蟲翅膀獲靈感?美國研發植入物智能抗菌涂層


【資料圖】

隨著人口老齡化,骨科植入物應用漸多,患者會面臨一定程度的植入物周圍感染和器械故障風險。美國研究機構從蜻蜓和蟬的翅膀獲得靈感,研發出一種智能涂層,兼容現有商用骨科植入物,既可降低細菌感染風險,又能預警植入物故障。

2019年8月1日,在緬甸仰光,一只蜻蜓停在一朵含苞待放的荷花上。新華社發(吳昂攝)

伊利諾伊大學厄巴納-尚佩恩分校研究人員在美國《科學進展》雜志5日刊載的論文中介紹,他們從蟬和蜻蜓的“天然抗菌翅膀”中獲得靈感,制造出一種非常薄的涂層。它的一面是模仿昆蟲翅膀表面的一排排納米柱,可穿透細胞膜殺死微生物。與抗生素涂層相比,這種涂層不會直接釋放任何化學物質,從而避免產生耐藥性或毒副作用。

涂層的另一面,即與植入物接觸的那一面是高靈敏度的柔性電子傳感器陣列,可監測壓力變化。依據研究人員說法,這種傳感器陣列不僅有助于醫生監測患者康復進展,還能在植入物發生故障前發出預警,提醒及時修復或更換。

依據研究人員說法,感染和器械故障是骨科植入物常見的兩種風險。其中,植入物周圍感染會影響1%至10%的手術患者,是骨科手術早期失敗的最常見原因。還有超過10%的患者會出現由植入物故障引發的并發癥,而這些并發癥目前主要通過X射線或骨掃描成像診斷,檢測手段滯后且靈敏度有限。相比之下,新研發的智能涂層能夠直接實時監測植入物變化,為早期診斷和干預提供依據。

為測試原型裝置,研究人員在老鼠體內植入涂層,發現它在抗菌方面表現良好,且具有長期穩定性,同時能夠防止體液滲透,具有較好的應變傳感能力。他們還在脊柱植入物表面使用這種涂層,然后植入綿羊體內,確認它在故障診斷方面也發揮出色。

目前這種原型裝置需要連接電線。研究人員說,他們下一步計劃開發出無線電源和數據通信接口,這是臨床應用的關鍵一步。與此同時,研究人員致力于實現納米柱結構殺菌涂層的大規模生產。

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