En ny og enkel måte å kontrollere klebrigheten til medisinske lim ved hjelp av ultralyd eliminerer behovet for å bruke potensielt giftige kjemikalier for å øke bioadhesjonen. Teknikken, utviklet av forskere fra McGill University i Canada og ETH Zurich i Sveits, kan vise seg å være uvurderlig for applikasjoner som vevsreparasjon, sårheling, bærbar elektronikk og medikamentlevering.
Bandasjer og plaster fester seg vanligvis ikke godt til våt hud. Ultralyd kan hjelpe med å overvinne dette problemet, ikke bare på huden, men på mange andre vev, inkludert slimhinner og aorta, forklarer hovedforfatter Zhenwei Ma, nå ved Harvard University og University of British Columbia.
I sitt arbeid brukte forskerne mikrobobler indusert av lavfrekvent ultralyd for å gjøre limet mer klebrig. Bølgene "koker" væsken lokalt i en klebende primer spredt på vevssubstratet (en løsning som inneholder kitosan, gelatin eller cellulose), og danner dampbobler som vokser og kollapser voldsomt mot vevsoverflaten. "Hydrogelplaster laget av polyakrylamid eller poly(N-isopropylakrylamid) kombinert med alginat ble deretter påført det behandlede området for å oppnå sterk vedheft," forklarer Ma.
"Denne bevegelsen resulterer i mekaniske interaksjoner som forbigående presser limene inn i huden og annet vev for sterkere bioadhesjon," forteller Ma. Fysikkens verden. "Ved ganske enkelt å justere intensiteten til ultralyden og manøvrere ultralydsonden som brukes til å lage boblene, kan vi kontrollere - veldig nøyaktig - klebrigheten til de selvklebende bandasjene."
Forskerne testet teknikken deres på rotte- og grisevev. De fant at ultralyden forsterket adhesjonsenergien mellom vevet og hydrogelen med opptil 100 ganger, og økte grensesnitttretthetsterskelen mellom de to med 10 ganger. Faktisk målte de adhesjonsenergier på over 2000 J/m2 for hud, rundt 295 J/m2 for bukkal slimhinne og rundt 297 J/m2 for aorta. Til sammenligning var adhesjonsenergiene for hydrogeler som ikke ble utsatt for ultralyd ca. 50, 12 og 17 J/m2Hhv.
Ultralyd-indusert kavitasjon
Teamets teoretiske modelleringsberegninger antyder at hovedmekanismen som ligger til grunn for denne bioadhesjonen er ultralydindusert kavitasjon, som driver og immobiliserer forankringsprimere inn i vev. Det er den mekaniske sammenlåsingen og gjennomtrengningen av disse ankrene som til slutt gir sterk adhesjon mellom hydrogel og vev uten behov for kjemisk binding.
Ultralydklistremerke gir kontinuerlig avbildning av indre organer
Limene kan også brukes til å levere medikamenter gjennom huden. "Denne paradigmeskiftende teknologien vil ha store implikasjoner i mange grener av medisinen," sier Ma. "Vi er veldig glade for å oversette denne teknologien for bruk i klinikker for vevsreparasjon, kreftterapi og presisjonsmedisin."
I tillegg til den enestående kontrollerbarheten av bioadhesjonsstyrke, sier forskerne at deres teknikk vil tillate mange flere typer materialer som kan brukes som bandasjer, plaster og grensesnitt med biologisk vev. Dette vil uunngåelig utvide de potensielle bruksområdene, sier de.
Forskerne rapporterer arbeidet sitt i Vitenskap.
