Bubblor gör bandaget klibbigare

Ett nytt och enkelt sätt att kontrollera klibbigheten hos medicinska lim med hjälp av ultraljud eliminerar behovet av att använda eventuella giftiga kemikalier för att öka biovidhäftningen. Tekniken, utvecklad av forskare från McGill University i Kanada och ETH Zurich i Schweiz, kan visa sig vara ovärderlig för tillämpningar som vävnadsreparation, sårläkning, bärbar elektronik och läkemedelsleverans.

Bandage och plåster fäster vanligtvis inte bra på våt hud. Ultraljud kan hjälpa till att övervinna detta problem, inte bara på huden utan på många andra vävnader, inklusive slemhinnor och aorta, förklarar huvudförfattaren Zhenwei Ma, nu vid Harvard University och University of British Columbia.

I sitt arbete använde forskarna mikrobubblor inducerade av lågfrekvent ultraljud för att göra lim klibbigare. Vågorna "kokar" lokalt vätskan i en självhäftande primer spridd på vävnadssubstratet (en lösning som innehåller kitosan, gelatin eller cellulosa), och bildar ångbubblor som växer och kollapsar våldsamt mot vävnadens yta. "Hydrogelplåster gjorda av polyakrylamid eller poly(N-isopropylakrylamid) i kombination med alginat applicerades sedan på den behandlade regionen för att uppnå stark vidhäftning", förklarar Ma.

"Denna rörelse resulterar i mekaniska interaktioner som tillfälligt trycker in limen i huden och andra vävnader för starkare bioadhesion," säger Ma. Fysikvärlden. "Genom att helt enkelt justera intensiteten på ultraljudet och manövrera ultraljudssonden som används för att skapa bubblorna, kan vi kontrollera - mycket exakt - klibbigheten hos de självhäftande bandagen."

Forskarna testade sin teknik på rått- och grisvävnad. De fann att ultraljudet förstärkte vidhäftningsenergin mellan vävnaden och hydrogelen med upp till 100 gånger, och ökade tröskeln för gränsyttrötthet mellan de två med 10 gånger. De mätte faktiskt vidhäftningsenergier på över 2000 J/m² för hud, cirka 295 J/m² för munslemhinnan och runt 297 J/m² för aorta. I jämförelse var vidhäftningsenergierna för hydrogeler som inte utsatts för ultraljud cirka 50, 12 och 17 J/m², Respektive.

Ultraljudsinducerad kavitation

Teamets teoretiska modelleringsberäkningar tyder på att den huvudsakliga mekanismen bakom denna bioadhesion är ultraljudsinducerad kavitation, som driver och immobiliserar förankringsprimrar i vävnad. Det är den mekaniska sammanlåsningen och interpenetrationen av dessa ankare som i slutändan producerar stark vidhäftning mellan hydrogel och vävnad utan behov av kemisk bindning.

Bindemedlen kan också användas för att leverera läkemedel genom huden. "Denna paradigmskiftande teknologi kommer att få stora konsekvenser i många grenar av medicinen", säger Ma. "Vi är mycket glada över att översätta denna teknik för tillämpningar på kliniker för vävnadsreparation, cancerterapi och precisionsmedicin."

Förutom den oöverträffade kontrollerbarheten av bioadhesionsstyrka, säger forskarna att deras teknik kommer att tillåta många fler typer av material att användas som bandage, plåster och gränssnitt med biologisk vävnad. Detta kommer oundvikligen att utöka de potentiella användningsområdena, säger de.

Forskarna redovisar sitt arbete i Vetenskap.