Биоинженеры разработали биосовместимые генераторы, которые создают электрические импульсы при сжатии движением тела. Генераторы состоят из самособирающихся «пьезоэлектрических пластин», которые можно изготавливать быстро и недорого, что позволяет широко использовать электромеханические методы лечения с помощью мускулов.
Пьезоэлектрические материалы, такие как керамика и кристаллы, обладают особым свойством создавать электрический заряд в ответ на механическое напряжение . Они используются во многих устройствах, включая ультразвуковые преобразователи, датчики вибрации и сотовые телефоны. В медицине было показано, что электростимуляция с использованием пьезоэлектрических устройств полезна для ускорения заживления ран и переломов костей, поддержания мышечного тонуса у жертв инсульта и уменьшения хронической боли. Однако отсутствие биосовместимости, приводящее к жесткости и токсичности, остановило прогресс в этой области.
Теперь биоинженеры факультета материаловедения и инженерии Университета Висконсина разработали имплантируемые пьезоэлектрические терапевтические устройства. Пластины -thin, гибкие устройства воспользоваться тем , что нежесткими, нетоксичными биологическими материалами , таких как шелк, коллаген, и аминокислотами также имеют пьезоэлектрические свойства.
Команда, возглавляемая Сюйдонгом Вангом, доктором философии, профессором материаловедения и инженерии, создала метод самосборки небольших лоскутных конструкций, которые используют аминокислотный лизин в качестве пьезоэлектрического генератора. Процесс самосборки включает в себя оболочку из биосовместимого полимера, которая окружает лизин по мере испарения раствора полимер / лизин. Химическое взаимодействие между внутренним слоем лизина и полимерным покрытием имеет решающее значение для ориентации лизина в кристаллической структуре, необходимой для выработки электрического тока при изгибе.
«Эта работа является выдающимся примером использования химических свойств материалов для создания самособирающегося продукта», — объясняет Дэвид Рампулла, директор отдела науки и технологий Национального института биомедицинской визуализации и биоинженерии. исследовать. «Используемый процесс является быстрым и недорогим, что делает возможным производство таких пластин для терапевтического применения. Биоразлагаемость пластин открывает возможность для создания электротерапевтических средств, которые можно было бы использовать, например, для ускорения заживления травмированной кости или мышцы, а затем их разложения. и исчезнуть из тела «.
Команда провела ряд тестов свойств пьезоэлектрических пластин. Вафли помещали в лапу и грудь крыс. Движения ног и грудной клетки сжимали пьезоэлектрические пластины в достаточной степени, чтобы создать электрический выход. Анализы крови, которые были сделаны после того, как трансплантированная пластина растворилась у крыс, показали нормальные уровни клеток крови и других метаболитов, что указывает на отсутствие вредных эффектов от растворенного устройства .
Ван подчеркивает простоту элегантной работы команды, которая может превратить мышечные движения в терапевтические подходы, которые могут изменить правила игры. «Мы считаем, что эта технология открывает широкий спектр возможностей, включая зондирование в реальном времени, ускоренное заживление ран и других видов травм, а также электрическую стимуляцию для лечения боли и других неврологических расстройств. Важно отметить, что наша технология быстрой самосборки значительно снижает стоимость таких устройств, что может значительно расширить использование этой многообещающей формы медицинского вмешательства ».
Результаты были опубликованы в журнале Science .
