ایمپلنت‌ها هم هوشمند می‌شوند

پوشش‌های ایمپلنت جراحی هوشمند هشدار شکست اولیه‌ ایمپلنت را می‌دهند.

محققان دانشگاه ایلینویز گزارش می‌دهند پوشش‌های هوشمند تازه توسعه یافته برای ایمپلنت‌های ارتوپدی جراحی می‌توانند فشار وارده بر دستگاه‌ها را کنترل کنند تا ضمن از بین بردن باکتری‌های عامل عفونت، هشدار اولیه در مورد خرابی ایمپلنت را ارائه دهند.

این پوشش‌ها حسگر‌های انعطاف پذیر را با سطح ضد باکتریایی نانوساختار ترکیب می‌کنند.

مطالعه‌ای جدید در ژورنال Science Advances یک تیم از محققین دریافتند، این پوشش‌ها از عفونت در موش‌های زنده جلوگیری می‌کند.

چینگ کائو رهبر این مطالعه که پروفسور علوم و مهندسی مواد است گفت: این پوشش ایمپلنت ترکیبی از طراحی نانو مواد الهام‌گرفته‌شده از زیست با الکترونیک انعطاف‌پذیر برای مبارزه با یک مشکل پیچیده و طولانی‌مدت زیست‌پزشکی است.

کائو گفت: عفونت و خرابی دستگاه از مشکلات عمده ایمپلنت‌های ارتوپدی هستند که هر کدام ۱۰ درصد از بیماران را تحت تأثیر قرار می‌دهند.

چندین رویکرد برای مبارزه با عفونت انجام شده است، اما همه آن‌ها دارای محدودیت‌های شدید هستند. بیوفیلم‌ها می‌توانند روی سطوح تشکیل شوند و پوشش‌های مملو از مواد شیمیایی یا داروی آنتی‌بیوتیک در عرض چند ماه تمام می‌شوند و اثرات سمی بر محیط اطراف دارند.

تیم ایلینویز با الهام از اثرات طبیعی ضدباکتری، یک فویل نازک با ستون‌هایی در مقیاس نانو مانند آنچه روی بال‌های حشرات یافت می‌شود، ایجاد کرد. هنگامی که یک سلول باکتری سعی می‌کند به فویل متصل شود، ستون‌ها دیواره سلولی باکتری را سوراخ می‌کنند و آن را از بین می‌برند.

در قسمت پشتی فویل نانوساختار، جایی که با دستگاه ایمپلنت تماس پیدا می‌کند، محققان مجموعه‌هایی از حسگر‌های الکترونیکی بسیار حساس و انعطاف‌پذیر را ادغام کردند.

به گفته محققان این مجموعه ذکر شده، می‌تواند به پزشکان کمک کند تا پیشرفت بهبودی بیماران را مشاهده کنند یعنی در کوتاه کردن پروسه بهبودی و به حداقل رساندن خطرات مؤثر باشند.

سپس گروه مهندسی به همراه پروفسور آنت مک‌کوی در حیطه‌ی دامپزشکی، برای آزمایش نمونه اولیه دستگاه‌های خود فعالیت داشتند.

آن‌ها فویل‌ها را در موش‌های زنده کاشتند و از نظر هرگونه نشانه‌ای از عفونت، حتی زمانی که باکتری معرفی می‌شد، تحت نظر داشتند.

همچنین پوشش‌ها را روی ایمپلنت‌های ستون فقرات موجود در بازار اعمال کردند و فشار را برای تشخیص خرابی دستگاه کنترل کردند.

پوشش‌ها هر دو عملکرد را به خوبی انجام دادند.

کائو گفت: نمونه اولیه لوازم الکترونیکی به سیم نیاز دارد، اما محققان در مرحله بعدی قصد دارند رابط‌های برق بی‌سیم و ارتباطات داده را برای پوشش‌های خود توسعه دهند که گامی حیاتی برای کاربرد‌های بالینی است.

محققان همچنین در حال کار برای توسعه تولید در مقیاس بزرگ فویل باکتری کش با بافت نانوستون هستند.

کائو می‌گوید: این نوع پوشش‌های ضدباکتری کاربرد‌های بالقوه زیادی دارند و از آنجایی که پوشش از مکانیزم مکانیکی استفاده می‌کند، پتانسیلی برای مکان‌هایی دارد که مواد شیمیایی یا یون‌های فلزات سنگین همانطور که اکنون در پوشش‌های ضد میکروبی تجاری استفاده می‌شود، مضر باشد.