Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi’nde geliştirilen ortopedik implantlar üzerindeki akıllı kaplamaların bir tarafında bakterileri öldüren nanosütunlar, diğer tarafında ise gerilim haritalamalı esnek elektronikler bulunur. Bu, doktorların hasta rehabilitasyonuna rehberlik etmesine ve cihazları bozulmadan önce onarmasına veya değiştirmesine yardımcı olabilir. Kredi bilgileri: Beckman ITG, Illinois Üniversitesi
Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi’nden araştırmacılar yakın zamanda ortopedik cerrahi implantlar için yenilikçi “akıllı” kaplamalar geliştirdiler. Bu kaplamalar, implantlar üzerindeki stresi izleme yeteneğine sahiptir ve potansiyel implant başarısızlıklarının erken tespitini sağlar. Ayrıca enfeksiyonlara neden olabilecek zararlı bakterilerle savaşabilirler. Yusufçukların ve ağustosböceklerinin kanatlarından ilham alan akıllı kaplamalar, esnek sensörleri nanoyapılı bir antibakteriyel yüzeyle birleştiriyor.
Dergide yapılan yeni bir çalışmada Bilim Gelişmeleriçok disiplinli bir araştırma ekibi, kaplamaların canlı farelerde enfeksiyonu önlediğini ve çeşitli implant veya iyileşme başarısızlıklarını uyarmak için koyun dikenlerine uygulanan ticari implantlarda haritalanmış suşu buldu.
U. of I. malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü olan çalışma lideri Qing Cao, “Bu, karmaşık, uzun vadeli bir biyomedikal sorunla savaşmak için biyo-ilhamlı nanomalzeme tasarımının esnek elektroniklerle bir kombinasyonudur” dedi.
Cao, hem enfeksiyon hem de cihaz arızasının, her biri hastaların %10’unu etkileyen ortopedik implantlarla ilgili önemli sorunlar olduğunu söyledi. Enfeksiyonla savaşmak için çeşitli yaklaşımlar denendi, ancak hepsinin ciddi sınırlamaları var, dedi: Biyofilmler hala su itici yüzeylerde oluşabilir ve antibiyotik kimyasalları veya ilaçlarla yüklü kaplamalar aylar içinde tükenir ve çevre üzerinde toksik etkilere neden olur. bakteriyel patojenlerin ilaca dirençli suşlarına karşı çok az etkinliğe sahip doku.
Ağustos böceklerinin ve yusufçukların doğal olarak antibakteriyel kanatlarından ilham alan Illinois ekibi, nano ölçekli böceklerin kanatlarında bulunanlara benzer sütunlar. Bir bakteri hücresi folyoya bağlanmaya çalıştığında, sütunlar hücre duvarını delip onu öldürür.
Çalışmanın ortak yazarlarından patobiyoloji profesörü Gee Lau, “Bakterileri öldürmek için mekanik bir yaklaşım kullanmak, kimyasal yaklaşımlarla ilgili pek çok sorunu atlamamıza izin verirken, kaplamayı implant yüzeylerine uygulamak için gereken esnekliği vermeye devam etmemizi sağladı” dedi.
Araştırmacılar, nanoyapılı folyonun implant cihazıyla temas ettiği arka tarafında gerilimi izlemek için son derece hassas, esnek elektronik sensör dizileri entegre ettiler. Araştırmacılar, doktorların hastaların bireysel olarak iyileşme sürecini izlemelerine, iyileşme sürelerini kısaltmak ve riskleri en aza indirmek için rehabilitasyonlarına rehberlik etmelerine ve cihazları arıza noktasına gelmeden onarmalarına veya değiştirmelerine yardımcı olabilir.
Mühendislik grubu daha sonra prototip cihazlarını test etmek için veteriner klinik tıp profesörü Annette McCoy ile birlikte çalıştı. Folyoları canlı farelere yerleştirdiler ve bakteri bulaştığında bile herhangi bir enfeksiyon belirtisi için onları izlediler. Ayrıca kaplamaları ticari olarak temin edilebilen spinal implantlara uyguladılar ve cihaz arızası teşhisi için normal yük altında koyun dikenlerindeki implantlardaki gerilimi izlediler. Kaplamalar her iki işlevi de iyi yerine getirdi.
Cao, prototip elektroniğin kablolara ihtiyaç duyduğunu, ancak araştırmacıların kaplamaları için kablosuz güç ve veri iletişim arayüzleri geliştirmeyi planladıklarının, klinik uygulama için çok önemli bir adım olduğunu söyledi. Ayrıca nanosütun dokulu bakteri öldürücü folyonun büyük ölçekli üretimini geliştirmek için çalışıyorlar.
Cao, “Bu tür antibakteriyel kaplamaların birçok potansiyel uygulaması var ve bizimki mekanik bir mekanizma kullandığından, kimyasalların veya ağır metal iyonlarının – şu anda ticari antimikrobiyal kaplamalarda kullanıldığı gibi – zararlı olabileceği yerler için potansiyele sahip” dedi.
Referans: Yi Zhang, Jinsong Cui, Kuan-Yu Chen, Shanny Hsuan Kuo, Jaishree Sharma, Rimsha Bhatta, Zheng Liu, Austin Ellis-Mohr, Fufei tarafından “Ortopedik implantlar için entegre fiziksel antimikrobiyal ve gerilim haritalama işlevlerine sahip akıllı bir kaplama” An, Jiahui Li, Qian Chen, Kari D. Foss, Hua Wang, Yumeng Li, Annette M. McCoy, Gee W. Lau ve Qing Cao, 5 Mayıs 2023, Bilim Gelişmeleri.
DOI: 10.1126/sciadv.adg7397
Ulusal Bilim Vakfı ve ABD Kongre Tarafından Yönetilen Tıbbi Araştırma Programları bu çalışmayı destekledi.
