En ny og enkel måde at kontrollere klæbrigheden af medicinske klæbemidler ved hjælp af ultralyd eliminerer behovet for at bruge potentielt giftige kemikalier for at øge bioadhæsionen. Teknikken, udviklet af forskere fra McGill University i Canada og ETH Zurich i Schweiz, kan vise sig at være uvurderlig til applikationer som vævsreparation, sårheling, bærbar elektronik og medicinafgivelse.
Bandager og plaster klæber normalt ikke godt til våd hud. Ultralyd kan hjælpe med at overvinde dette problem, ikke kun på huden, men på mange andre væv, herunder slimhinder og aorta, forklarer hovedforfatter Zhenwei Ma, nu ved Harvard University og University of British Columbia.
I deres arbejde brugte forskerne mikrobobler fremkaldt af lavfrekvent ultralyd for at gøre klæbemidler mere klæbrige. Bølgerne "koger" lokalt væsken i en klæbende primer spredt på vævssubstratet (en opløsning indeholdende chitosan, gelatine eller cellulose), og danner dampbobler, der vokser og kollapser voldsomt mod vævsoverfladen. "Hydrogelplastre lavet af polyacrylamid eller poly(N-isopropylacrylamid) kombineret med alginat blev derefter påført det behandlede område for at opnå stærk vedhæftning," forklarer Ma.
"Denne bevægelse resulterer i mekaniske interaktioner, der forbigående skubber klæbestofferne ind i huden og andre væv for stærkere bioadhæsion," fortæller Ma. Fysik verden. "Ved blot at justere intensiteten af ultralyden og manøvrere den ultralydssonde, der bruges til at skabe boblerne, kan vi kontrollere - meget præcist - klæbrigheden af de klæbende bandager."
Forskerne testede deres teknik på rotte- og grisevæv. De fandt ud af, at ultralyden forstærkede adhæsionsenergien mellem vævet og hydrogelen med op til 100 gange og øgede grænsefladetræthedstærsklen mellem de to med 10 gange. Faktisk målte de adhæsionsenergier på over 2000 J/m2 til hud, omkring 295 J/m2 for mundslimhinden og omkring 297 J/m2 for aorta. Til sammenligning var adhæsionsenergierne for hydrogeler, der ikke blev udsat for ultralyd, ca. 50, 12 og 17 J/m2, henholdsvis.
Ultralydsinduceret kavitation
Holdets teoretiske modelleringsberegninger tyder på, at hovedmekanismen bag denne bioadhæsion er ultralydsinduceret kavitation, som driver og immobiliserer forankringsprimere i væv. Det er den mekaniske sammenlåsning og indtrængning af disse ankre, der i sidste ende producerer stærk adhæsion mellem hydrogel og væv uden behov for kemisk binding.
Ultralydsmærkat giver kontinuerlig billeddannelse af indre organer
Klæbemidlerne kunne også bruges til at levere lægemidler gennem huden. "Denne paradigmeskiftende teknologi vil have store implikationer i mange grene af medicin," siger Ma. "Vi er meget begejstrede for at oversætte denne teknologi til applikationer i klinikker til vævsreparation, cancerterapi og præcisionsmedicin."
Ud over den hidtil usete kontrollerbarhed af bioadhæsionsstyrke siger forskerne, at deres teknik vil tillade mange flere typer materialer at blive brugt som bandager, plastre og grænseflader med biologisk væv. Dette vil uundgåeligt udvide de potentielle anvendelsesområder, siger de.
Forskerne rapporterer deres arbejde i Videnskab.
