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液芯纤维可在医用纺织品中实现长期药物输送

直接在伤口或炎症部位治疗具有明显的优势：活性成分可以立即到达目标，并且不会对未受影响的身体部位产生负面影响。然而，传统的局部给药方法在较长时间内精确给药活性成分方面达到了极限。一旦药膏离开管子或注射液从注射器中流出，几乎不可能控制活性成分的量。因此，来自 Empa 位于圣加仑的高级纤维实验室的 Edith Perret 正在开发具有非常特殊“内在价值”的医用纤维：聚合物纤维包裹着含有治疗成分的液体核心。目标是：具有特殊功能的医疗产品，例如手术缝合材料、伤口敷料和纺织植入物，可以在较长时间内精确地给药止痛药、抗生素或胰岛素。另一个目标是实现个性化医疗意义上的个性化、患者特定剂量的药物。 生物相容性和量身定制 将传统纺织纤维转化为医疗产品的关键因素是纤维护套的材料。研究团队选择了聚己内酯 (PCL)，这是一种生物相容性和可生物降解的聚合物，已在医疗领域成功应用。纤维护套包裹着止痛药或抗菌药等有价值的物质，并随着时间的推移将其释放出来。研究人员使用独特的试验工厂，通过熔融纺丝生产出具有连续液芯的 PCL 纤维。在最初的实验室测试中，他们生产出了稳定而柔韧的液芯纤维。此外，Empa 团队已经与瑞士工业合作伙伴成功证明，该工艺不仅适用于实验室，也适用于工业规模。 首先使用荧光模型物质研究了医用纤维释放封闭药剂的参数，然后研究了各种药物。“止痛药布洛芬等小分子逐渐穿过外鞘结构，”Edith Perret 说。另一方面，较大的分子则在纤维的两端释放。 精准可控、长期有效 Empa 研究人员解释道：“得益于各种参数，医用纤维的特性可以得到精确控制。”在利用荧光光谱、X 射线技术和电子显微镜进行大量分析后，研究人员能够证明，例如，护套厚度和护套材料晶体结构对液体芯纤维中药物释放速率的影响。 根据活性成分的不同，制造工艺也可以进行调整：在熔融纺丝过程中对高温不敏感的活性成分可以在连续工艺中直接集成到纤维芯中。另一方面，对于对温度敏感的药物，该团队能够优化工艺，以便最初用占位符填充液体芯，随后用敏感的活性成分替换。 液芯纤维的优点之一是能够在较长时间内从容器中释放活性成分。这开辟了广泛的潜在应用。这些纤维的直径为 50 至 200 微米，足够大，可以编织或针织成坚固的纺织品。然而，Perret 表示，医用纤维也可以引导到体内，以输送胰岛素等激素。另一个优点是：已经释放药物的纤维可以重新填充。使用液芯纤维可以轻松、方便和准确地施用的活性成分范围很广。除了止痛药，消炎药、抗生素甚至生活方式制剂也是可以想象的。 下一步，研究人员希望为手术缝合材料配备抗菌性能。新工艺将用于向各种液体芯材料中注入抗生素，以便在手术过程中缝合组织，这样伤口细菌就没有机会引起感染。Empa 研究员 Perret 还坚信，未来与临床合作伙伴的合作将成为进一步创新临床应用的基础。 来源： 瑞士联邦材料科学与技术实验室 期刊参考： 先生，女士 等人. (2024). 利用熔纺液芯纤维进行药物输送。 聚合物。 doi.org/10.1016/j.polymer.2024.126885。 2024-06-26 06:47:00 1719385238 #液芯纤维可在医用纺织品中实现长期药物输送

软机器人神经袖带可能彻底改变神经系统疾病的治疗

研究人员开发出了微型、灵活的装置，可以包裹单个神经纤维而不损坏它们。 剑桥大学的研究人员将柔性电子技术和软机器人技术结合起来开发了这些设备，可用于诊断和治疗一系列疾病，包括癫痫和慢性疼痛，或控制假肢。 目前用于连接周围神经（连接大脑和脊髓的 43 对运动和感觉神经）的工具已经过时、笨重，并且神经损伤的风险很高。 然而，剑桥团队开发的机器人神经“袖口”足够敏感，可以抓住或缠绕脆弱的神经纤维，而不会造成任何损伤。 对老鼠神经袖带的测试表明，这些装置只需要微小的电压就能以受控的方式改变形状，在神经周围形成一个自闭合环，而不需要手术缝合或胶水。 研究人员表示，软电动执行器与神经技术的结合可能是对一系列神经系统疾病进行微创监测和治疗的答案。 结果发表在期刊上 自然材料。 电神经植入物可用于刺激或阻断目标神经中的信号。 例如，它们可以通过阻断疼痛信号来帮助缓解疼痛，或者可以通过向神经发送电信号来恢复瘫痪肢体的运动。 在含有高浓度神经纤维的身体区域（例如脊髓附近的任何地方）进行手术时，神经监测也是标准的外科手术。 这些植入物可以直接接触神经纤维，但它们也存在一定的风险。 领导这项研究的剑桥大学工程系教授乔治·马利亚拉斯 (George Malliaras) 表示：“神经植入物存在很高的神经损伤风险。” “神经很小而且非常脆弱，所以任何时候你把大的东西，比如电极，与它们接触，都会对神经造成危险。” 包裹神经的神经套囊是目前可用的侵入性最小的植入物，但尽管如此，它们仍然体积太大、僵硬且难以植入，需要大量操作，并且可能对神经造成创伤。” Damiano Barone 博士，剑桥大学临床神经科学系合著者 研究人员设计了一种由导电聚合物制成的新型神经袖带，通常用于软机器人。 超薄袖口采用两层独立设计。 施加少量的电力（仅几百毫伏）就会导致设备膨胀或收缩。 袖带足够小，可以卷成针并注射到目标神经附近。 当被电激活时，袖带将改变其形状以包裹神经，从而可以监测或改变神经活动。 “为了确保这些设备在体内的安全使用，我们设法将驱动所需的电压降低到非常低的值，”该论文的第一作者 Chaoqun Dong 博士说。 “更重要的是，这些袖带可以在两个方向上改变形状并重新编程。这意味着外科医生可以调整设备在神经周围的贴合程度，直到获得记录和刺激神经的最佳结果。” 在大鼠身上进行的测试表明，无需手术即可成功放置袖带，并且它们在目标神经周围形成了一个自闭合环。 研究人员计划在动物模型中进一步测试这些设备，并希望在未来几年内开始在人体中进行测试。 “利用这种方法，我们可以到达通过开放手术难以到达的神经，例如控制疼痛、视力或听力的神经，但不需要在大脑内植入任何东西，”巴罗恩说。 “能够将这些袖带包裹在神经上，这使得外科医生的手术变得更加容易，而且对患者来说风险也更小。” 马利亚拉斯说：“制造可以通过电激活改变形状的植入物的能力为未来高度针对性的治疗开辟了一系列可能性。” “未来，我们也许能够植入可以穿过身体，甚至进入大脑的植入物——这让你梦想着我们未来如何利用技术造福患者。” 该研究得到了瑞士国家科学基金会、剑桥信托基金以及英国研究与创新 (UKRI) 旗下工程和物理科学研究委员会 (EPSRC) 的部分支持。 来源： 期刊参考： 董，C.， 等人。 （2024）。 用于微创周围神经接口的电化学驱动微电极。 自然材料。 doi.org/10.1038/s41563-024-01886-0。 2024-04-26 22:49:00 1714172751 […]

电粘附预示着新的植入物和机器人技术

一项新的研究发现，对软材料（例如一片生番茄或鸡肉）通电几秒钟，可以将其牢固地粘合到硬物体（例如石墨板）上，而无需任何胶带或胶水。 马里兰大学的科学家表示，这种意想不到的效果也是可逆的——改变电流方向通常很容易分离材料。 这种甚至可以在水下工作的“电粘附”的潜在应用可能包括改进 生物医学 植入物和仿生机器人。 马里兰大学化学和生物分子工程教授斯里尼瓦萨·拉加万 (Srinivasa Raghavan) 表示：“令人惊讶的是，这种效应没有更早被发现。” “自从我们有了电池以来，这是一个几乎可以实现的发现。” 在自然界中，活组织等软材料通常与骨骼等硬物体粘合。 先前的研究探索了实现这一壮举的化学方法，例如使用模仿如何实现这一点的胶水 贻贝粘在岩石和船上。 然而，这些债券通常是不可逆转的。 他们尝试了多种不同的软质材料，如番茄、苹果、牛肉、鸡肉、猪肉和明胶…… 此前，Raghavan 和他的同事发现 电可以使凝胶粘附在生物组织上，这一发现有一天可能会带来有助于修复伤口的凝胶贴片。 在这项新研究中，他们不是将两种软材料粘合在一起，而是探索电力是否可以使软材料粘附到硬物体上。 科学家们从一对 石墨 电极（由阳极和阴极组成）和 丙烯酰胺 凝胶。 他们在凝胶上施加五伏电压三分钟。 令人惊讶的是，他们发现凝胶牢固地粘合在石墨阳极上。 尝试将凝胶和电极拧开通常会破坏凝胶，将其碎片留在电极上。 电压移除后，这种结合显然可以无限期地持续，研究人员将凝胶和电极的样品粘在一起数月。 然而，当研究人员改变电流的极性时，丙烯酰胺凝胶从阳极上脱落。 相反，它粘附在另一个电极上。 拉加万和他的同事通过多种不同的方式对这种新发现的电粘附效应进行了实验。 他们尝试了多种不同的软材料，如番茄、苹果、牛肉、鸡肉、猪肉和明胶，以及不同的电极，如铜、铅、锡、镍、铁、锌和钛。 他们还改变了电压的强度和施加的时间。 研究人员发现，软材料中的盐含量对电粘附效应起着很大的作用。 盐使软材料导电，高浓度的盐可能导致凝胶在几秒钟内粘附到电极上。 “令人惊讶的是，这种效应如此简单，而且可能如此广泛” 科学家们还发现，铜、铅和锡等更善于释放电子的金属，其电粘附性也更好。 相反，镍、铁、锌和钛等牢牢保留电子的金属表现不佳。 这些发现表明，电粘附是由电极和软材料之间交换电子后的化学键产生的。 根据硬材料和软材料的性质，粘附发生在阳极、阴极、两个电极或两者都不发生。 提高电压强度和施加时间通常会增加粘合强度。 “令人惊讶的是，这种效应如此简单，而且如此广泛，”拉加万说。 研究人员表示，电粘附的潜在应用可能包括改进生物医学植入物——将组织粘合到钢或钛上的能力可能有助于加固植入物。 他们补充说，电粘附还可能有助于创造具有坚硬的骨状骨架和柔软的肌肉状元素的仿生机器人。 拉加万说，他们还认为，电粘附可能会导致新型电池的出现，其中软电解质与硬电极粘合在一起，尽管目前尚不清楚这种粘附是否会对电池的性能产生很大影响。 研究人员还发现电粘附可能发生在水下，他们认为这可以为这种效应开辟更广泛的可能应用。 典型的粘合剂在水下不起作用，因为许多粘合剂无法铺展到浸没在液体中的固体表面上，甚至那些由于液体的干扰通常只能形成弱粘合的粘合剂。 “我很难确定这一发现的真正应用，”拉加万说。 “这让我想起了 Velcro 或便利贴背后的研究人员——当发现这些发现时，这些应用对他们来说并不明显，但随着时间的推移，这些应用确实出现了。” 科学家详细介绍了 他们的发现 3 月 […]