Nowy i prosty sposób kontrolowania lepkości klejów medycznych za pomocą ultradźwięków eliminuje potrzebę stosowania jakichkolwiek potencjalnie toksycznych chemikaliów w celu zwiększenia bioadhezji. Technika opracowana przez naukowców z McGill University w Kanadzie i ETH Zurich w Szwajcarii, może okazać się nieoceniony w zastosowaniach takich jak naprawa tkanek, gojenie ran, elektronika do noszenia i dostarczanie leków.
Bandaże i plastry zwykle nie przyklejają się dobrze do mokrej skóry. Ultradźwięki mogą pomóc przezwyciężyć ten problem, nie tylko na skórze, ale także na wielu innych tkankach, w tym błonach śluzowych i aorcie, wyjaśnia główny autor Zhenwei Ma, obecnie na Uniwersytecie Harvarda i Uniwersytecie Kolumbii Brytyjskiej.
W swojej pracy naukowcy wykorzystali mikropęcherzyki wywołane ultradźwiękami o niskiej częstotliwości, aby kleje były bardziej lepkie. Fale lokalnie „gotują” płyn w adhezyjnym primerze rozprowadzonym na podłożu tkankowym (roztworze zawierającym chitozan, żelatynę lub celulozę), tworząc pęcherzyki pary, które rosną i gwałtownie zapadają się w kierunku powierzchni tkanki. „Plastry hydrożelowe wykonane z poliakrylamidu lub poli(N-izopropyloakryloamidu) w połączeniu z alginianem nakładano następnie na leczony obszar, aby uzyskać silną adhezję”, wyjaśnia Ma.
„Ten ruch powoduje interakcje mechaniczne, które przejściowo wpychają kleje w skórę i inne tkanki w celu silniejszej bioadhezji” – mówi Ma. Świat Fizyki. „Po prostu regulując intensywność ultradźwięków i manewrując sondą ultradźwiękową używaną do tworzenia pęcherzyków, możemy bardzo precyzyjnie kontrolować lepkość bandaży samoprzylepnych”.
Naukowcy przetestowali swoją technikę na tkankach szczurów i świń. Odkryli, że ultradźwięki zwiększyły energię adhezji między tkanką a hydrożelem nawet 100-krotnie i 10-krotnie zwiększyły próg zmęczenia międzyfazowego między nimi. Rzeczywiście, zmierzyli energię adhezji na ponad 2000 J/m2 dla skóry około 295 J/m2 dla błony śluzowej policzka i około 297 J/m2 dla aorty. Dla porównania, energie adhezji dla hydrożeli nie poddanych działaniu ultradźwięków wynosiły około 50, 12 i 17 J/m2, Odpowiednio.
Kawitacja wywołana ultradźwiękami
Teoretyczne obliczenia modelowania przeprowadzone przez zespół sugerują, że głównym mechanizmem leżącym u podstaw tej bioadhezji jest kawitacja wywołana ultradźwiękami, która napędza i unieruchamia startery kotwiczące w tkance. To mechaniczne blokowanie i wzajemne przenikanie się tych kotwic ostatecznie zapewnia silną adhezję między hydrożelem a tkanką bez potrzeby wiązania chemicznego.
Naklejka USG zapewnia ciągłe obrazowanie narządów wewnętrznych
Kleje mogą być również wykorzystywane do dostarczania leków przez skórę. „Ta zmieniająca paradygmat technologia będzie miała ogromne implikacje w wielu gałęziach medycyny”, mówi Ma. „Jesteśmy bardzo podekscytowani możliwością zastosowania tej technologii w klinikach naprawy tkanek, terapii przeciwnowotworowej i medycyny precyzyjnej”.
Oprócz bezprecedensowej możliwości kontrolowania siły bioadhezji, naukowcy twierdzą, że ich technika pozwoli na zastosowanie znacznie większej liczby rodzajów materiałów jako bandaży, plastrów i interfejsów z tkanką biologiczną. Mówią, że nieuchronnie rozszerzy to potencjalne obszary zastosowań.
Naukowcy relacjonują swoją pracę w: nauka.
