從昆蟲翅膀獲靈感?美國研發(fā)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(yīng)用漸多，患者會(huì)面臨一定程度的植入物周圍感染和器械故障風(fēng)險(xiǎn)。美國研究機(jī)構(gòu)從蜻蜓和蟬的翅膀獲得靈感，研發(fā)出一種智能涂層，兼容現(xiàn)有商用骨科植入物，既可降低細(xì)菌感染風(fēng)險(xiǎn)，又能預(yù)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(fā)(吳昂攝)

伊利諾伊大學(xué)厄巴納-尚佩恩分校研究人員在美國《科學(xué)進(jìn)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(xì)胞膜殺死微生物。與抗生素涂層相比，這種涂層不會(huì)直接釋放任何化學(xué)物質(zhì)，從而避免產(chǎn)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(jiān)測壓力變化。依據(jù)研究人員說法，這種傳感器陣列不僅有助于醫(yī)生監(jiān)測患者康復(fù)進(jìn)展，還能在植入物發(fā)生故障前發(fā)出預(yù)警，提醒及時(shí)修復(fù)或更換。

依據(jù)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(fēng)險(xiǎn)。其中，植入物周圍感染會(huì)影響1%至10%的手術(shù)患者，是骨科手術(shù)早期失敗的最常見原因。還有超過10%的患者會(huì)出現(xiàn)由植入物故障引發(fā)的并發(fā)癥，而這些并發(fā)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(fā)的智能涂層能夠直接實(shí)時(shí)監(jiān)測植入物變化，為早期診斷和干預(yù)提供依據(jù)。

為測試原型裝置，研究人員在老鼠體內(nèi)植入涂層，發(fā)現(xiàn)它在抗菌方面表現(xiàn)良好，且具有長期穩(wěn)定性，同時(shí)能夠防止體液滲透，具有較好的應(yīng)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(nèi)，確認(rèn)它在故障診斷方面也發(fā)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(jì)劃開發(fā)出無線電源和數(shù)據(jù)通信接口，這是臨床應(yīng)用的關(guān)鍵一步。與此同時(shí)，研究人員致力于實(shí)現(xiàn)納米柱結(jié)構(gòu)殺菌涂層的大規(guī)模生產(chǎn)。

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