Новий і простий спосіб контролювати липкість медичних клеїв за допомогою ультразвуку позбавляє від необхідності використовувати будь-які потенційно токсичні хімічні речовини для підвищення біоадгезії. Методика, розроблена дослідниками з Університет Макгілла в Канаді та Росії ETH Zurich у Швейцарії може виявитися неоціненним для таких застосувань, як відновлення тканин, загоєння ран, переносна електроніка та доставка ліків.
Бинти та пластирі зазвичай погано прилипають до вологої шкіри. Ультразвук може допомогти подолати цю проблему не тільки на шкірі, але й на багатьох інших тканинах, включаючи слизові оболонки та аорту, пояснює провідний автор Женьвей Ма, нині в Гарвардському університеті та Університеті Британської Колумбії.
У своїй роботі дослідники використовували мікробульбашки, викликані низькочастотним ультразвуком, щоб зробити клеї більш липкими. Хвилі локально «кип’ятять» рідину в адгезивному праймері, нанесеному на субстрат тканини (розчин, що містить хітозан, желатин або целюлозу), утворюючи бульбашки пари, які ростуть і бурхливо згортаються до поверхні тканини. «Гідрогелеві пластирі з поліакриламіду або полі(N-ізопропілакриламіду) у поєднанні з альгінатом наносили на оброблену ділянку для досягнення міцної адгезії», — пояснює Ма.
«Цей рух призводить до механічних взаємодій, які тимчасово штовхають клеї в шкіру та інші тканини для посилення біоадгезії», — розповідає Ма. Світ фізики. «Просто регулюючи інтенсивність ультразвуку та маневруючи ультразвуковим зондом, який використовується для створення бульбашок, ми можемо дуже точно контролювати липкість лейкопластиру».
Дослідники випробували свою техніку на тканинах щурів і свиней. Вони виявили, що ультразвук посилив енергію адгезії між тканиною та гідрогелем до 100 разів і збільшив поріг межфазної втоми між ними в 10 разів. Дійсно, вони виміряли енергію адгезії понад 2000 Дж/м2 для шкіри близько 295 Дж/м2 для слизової щік і близько 297 Дж/м2 для аорти. Для порівняння, енергія адгезії для гідрогелів, не підданих ультразвуку, становила приблизно 50, 12 і 17 Дж/м2, відповідно.
Кавітація, викликана ультразвуком
Розрахунки теоретичного моделювання команди показують, що основним механізмом, який лежить в основі цієї біоадгезії, є спричинена ультразвуком кавітація, яка просуває та знерухомлює закріплюючі праймери в тканині. Саме механічне зчеплення та взаємопроникнення цих якорів забезпечує міцне зчеплення між гідрогелем і тканиною без необхідності хімічного з’єднання.
Ультразвукова наклейка забезпечує постійне зображення внутрішніх органів
Клеї також можна використовувати для доставки ліків через шкіру. «Ця технологія зміни парадигми матиме великі наслідки в багатьох галузях медицини», — каже Ма. «Ми дуже раді застосувати цю технологію в клініках для відновлення тканин, терапії раку та точної медицини».
Окрім безпрецедентної можливості контролю міцності біоадгезії, дослідники стверджують, що їхня техніка дозволить використовувати багато інших типів матеріалів як пов’язки, пластирі та сполучення з біологічною тканиною. Це неминуче розширить потенційні сфери застосування, кажуть вони.
Дослідники звітують про свою роботу в наука.
