Новый и простой способ контроля липкости медицинских клеев с помощью ультразвука устраняет необходимость использования любых потенциально токсичных химикатов для увеличения биоадгезии. Методика, разработанная исследователями из Университет Макгилла в Канаде и ETH Zurich в Швейцарии, может оказаться неоценимым для таких применений, как восстановление тканей, заживление ран, носимая электроника и доставка лекарств.
Бинты и пластыри обычно плохо прилипают к влажной коже. Ультразвук может помочь решить эту проблему не только на коже, но и на многих других тканях, включая слизистые оболочки и аорту, объясняет ведущий автор. Чжэньвэй Ма, сейчас работает в Гарвардском университете и Университете Британской Колумбии.
В своей работе исследователи использовали микропузырьки, создаваемые низкочастотным ультразвуком, чтобы сделать клей более липким. Волны локально «кипятят» жидкость в клеевой грунтовке, нанесенной на тканевую подложку (раствор, содержащий хитозан, желатин или целлюлозу), образуя пузырьки пара, которые растут и бурно разрушаются к поверхности ткани. «Затем на обработанную область наносились гидрогелевые пластыри из полиакриламида или поли(N-изопропилакриламида) в сочетании с альгинатом для достижения прочной адгезии», — объясняет Ма.
«Это движение приводит к механическим взаимодействиям, которые временно проталкивают клей в кожу и другие ткани для более сильной биоадгезии», — говорит Ма. Мир физики. «Просто регулируя интенсивность ультразвука и маневрируя ультразвуковым датчиком, используемым для создания пузырьков, мы можем очень точно контролировать липкость клейких повязок».
Исследователи протестировали свою технику на тканях крыс и свиней. Они обнаружили, что ультразвук усиливает энергию адгезии между тканью и гидрогелем до 100 раз и увеличивает порог усталости между ними в 10 раз. Действительно, они измерили энергию адгезии более 2000 Дж/м.2 для кожи около 295 Дж/м2 для слизистой оболочки щеки и около 297 Дж/м.2 для аорты. Для сравнения, энергии адгезии гидрогелей, не подвергавшихся воздействию ультразвука, составляли примерно 50, 12 и 17 Дж/м.2, Соответственно.
Кавитация, вызванная ультразвуком
Расчеты теоретического моделирования команды показывают, что основным механизмом, лежащим в основе этой биоадгезии, является кавитация, вызванная ультразвуком, которая продвигает и обездвиживает закрепляющие праймеры в ткани. Именно механическое соединение и взаимопроникновение этих анкеров в конечном итоге обеспечивает прочную адгезию между гидрогелем и тканью без необходимости химического соединения.
Ультразвуковая наклейка обеспечивает непрерывную визуализацию внутренних органов
Клеи также можно использовать для доставки лекарств через кожу. «Эта технология, меняющая парадигму, будет иметь большое значение во многих отраслях медицины», — говорит Ма. «Мы очень рады возможности применить эту технологию для применения в клиниках для восстановления тканей, терапии рака и точной медицины».
Исследователи утверждают, что помимо беспрецедентной управляемости силой биоадгезии их метод позволит использовать гораздо больше типов материалов в качестве повязок, пластырей и интерфейсов с биологической тканью. По их словам, это неизбежно расширит потенциальные области применения.
Исследователи сообщают о своей работе в Наука.
