Winzige elektrische Generatoren könnten die Wundheilung beschleunigen

TSUKUBA, Japan, 18. Januar 2022 – (ACN Newswire) – Winzige Verbände, die als Reaktion auf Bewegung Strom erzeugen, könnten die Wundheilung und Geweberegeneration beschleunigen. Wissenschaftler in Taiwan haben die neuesten Fortschritte und potenziellen Anwendungen der Wundheilungstechnologie in der Zeitschrift Science and Technology of Advanced Materials untersucht.

Der natürliche Wundheilungsprozess beinhaltet komplexe Interaktionen zwischen Ionen, Zellen, Blutgefäßen, Genen und dem Immunsystem; wobei jeder Spieler durch eine Abfolge molekularer Ereignisse ausgelöst wird. Ein integraler Bestandteil dieses Prozesses ist die Erzeugung eines schwachen elektrischen Feldes durch das beschädigte Epithel – die Zellschicht, die das Gewebe bedeckt. Das elektrische Feld bildet sich als Ergebnis eines Ionengradienten im Wundbett, das eine wichtige Rolle bei der Steuerung der Zellmigration und der Förderung der Blutgefäßbildung in diesem Bereich spielt.

Wissenschaftler entdeckten Mitte bis Ende des 1900. Jahrhunderts, dass die Stimulation von Gewebe mit einem elektrischen Feld die Wundheilung verbessern könnte. Die aktuelle Forschung auf diesem Gebiet konzentriert sich nun auf die Entwicklung kleiner, tragbarer und kostengünstiger Patches, die nicht durch externe elektrische Geräte belastet werden.

Dies hat zur Erforschung piezoelektrischer Materialien geführt, darunter natürliche Materialien wie Kristalle, Seide, Holz, Knochen, Haare und Gummi sowie synthetische Materialien wie Quarzanaloga, Keramiken und Polymere. Diese Materialien erzeugen bei mechanischer Belastung einen elektrischen Strom. Besonders vielversprechend sind Nanogeneratoren, die unter Verwendung der synthetischen Materialien entwickelt wurden.

Beispielsweise untersuchen einige Forschungsteams die Verwendung von selbstbetriebenen piezoelektrischen Nanogeneratoren, die mit Zinkoxid-Nanostäbchen auf einer Polydimethylsiloxanmatrix zur Beschleunigung der Wundheilung hergestellt werden. Zinkoxid hat den Vorteil, piezoelektrisch und biokompatibel zu sein. Andere Wissenschaftler verwenden Gerüste aus Polyurethan und Polyvinylidenfluorid (PVDF) aufgrund ihrer hohen Piezoelektrizität, chemischen Stabilität, einfachen Herstellung und Biokompatibilität. Diese und andere piezoelektrische Nanogeneratoren haben in Labor- und Tierversuchen vielversprechende Ergebnisse gezeigt.

Ein anderer Gerätetyp, der als triboelektrischer Nanogenerator (TENG) bezeichnet wird, erzeugt einen elektrischen Strom, wenn zwei aneinandergrenzende Materialien miteinander in Kontakt kommen und wieder voneinander getrennt werden. Wissenschaftler haben beispielsweise mit TENGs experimentiert, die aus Atembewegungen Strom erzeugen, um die Wundheilung bei Ratten zu beschleunigen. Sie haben auch TENG-Pflaster mit Antibiotika beladen, um die Wundheilung zu erleichtern, indem sie auch lokalisierte Infektionen behandeln.

„Piezoelektrische und triboelektrische Nanogeneratoren sind aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer Flexibilität, Elastizität und Biokompatibilität hervorragende Kandidaten für die selbstunterstützte Wundheilung“, sagt der Bioingenieur Zong-Hong Lin von der National Tsing Hua University in Taiwan. "Aber es gibt noch einige Engpässe bei ihrer klinischen Anwendung."

Zum Beispiel müssen sie noch angepasst werden, damit sie der Größe entsprechen, da die Wundabmessungen stark variieren. Sie müssen auch fest angebracht sein, ohne durch die Flüssigkeiten, die natürlicherweise aus Wunden austreten, negativ beeinflusst oder korrodiert zu werden.

„Unser Ziel für die Zukunft ist es, kostengünstige und hocheffiziente Wundverbandsysteme für praktische klinische Anwendungen zu entwickeln“, sagt Lin.

Weitere Informationen
Zong Hong Lin
Nationale Tsing Hua Universität
Email: linzh@mx.nthu.edu.tw

Forschungsbericht: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/14686996.2021.2015249

Über Wissenschaft und Technologie fortschrittlicher Materialien (STAM)

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Dr. Yoshikazu Shinohara
STAM Verlagsleiter
Email: SHINOHARA.Yoshikazu@nims.go.jp

Pressemitteilung verteilt von Asia Research News für Science and Technology of Advanced Materials.

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