Представете си смарт медицински импланти, които могат да бъдат в тялото, постоянно да следи състоянието им и автоматично реагира на промени, като например инфекция, освобождаването на антибактериални лекарства. Благодарение на нанотехнологиите научни изследвания в областта на медицината бързо се приближаваме тази цел.
Пазарът за медицински устройства за имплантиране е огромен и продължава да расте бързо - в САЩ достигна годишен оборот от $ 23 милиарда и се очаква да нарасне с 10% през следващите няколко години. Сред най-добрите продавачи - сърдечни дефибрилатори и resinhronizatory, пейсмейкъри, ортопедични импланти за гръбначния лечение, протези на големи стави, вътреочни лещи и козметични импланти. Всяка година само в САЩ се проведе почти 500 000 операции протезни бедрени и коленните стави, а за същия брой пациенти се нуждаят от реконструкция на костите поради нараняване или вродени дефекти. Всяка година на 16 милиона американци да загубят зъбите си и се нуждаят от зъбни импланти.
Основният проблем, който учените и лекарите трябва да се изправят на пътя за успешен и дълъг експлоатационен живот на изкуствени стави, има износване и имплант инфекция. Проучванията показват, че по време на операцията на ортопедични импланти оформени от малки частици от материали като метали и пластмаси. Голяма част от тези частици води до каскада от събития, които могат евентуално да унищожи костта около импланта (процес, известен като остеолиза). В резултат от "разклащане" на импланта води до факта, че изкуствена става вече не може да изпълнява своята функция. Диагнозата се поставя въз основа на състоянието на флуороскопия импланта при другите методи за образна диагностика. Тези техники не са чувствителни достатъчно, не дават представа за реално време и изисква хоспитализация. Хирургични процедури за замяна на тези протези са не само по-сложни и скъпи от първичните протезни стави, но и по-малко ефективни.
Ново изследване показва, че качеството на костни импланти може да бъде значително подобрена. Отлага върху повърхността му филм от полипирол (полипирол) може да се използва като устройство за електрически контролирано освобождаване на лекарства. Чрез използване на антибиотици или противовъзпалителни средства, въведени в полимерното покритие чрез електроотлагане, Brown University учени (Brown University) показват, че тези лекарства може да бъде освободен от полипирол "при поискване" - когато се прилага напрежение - и да се контролира поведението на клетки, т.е. инхибират възпаление и убиват бактерии ,
Полипирол - електропроводими полимерни покрити въглеродни нанотръби (снимка: EMSL / Flickr)
"Полипирол - традиционно проводим полимер, който може да бъде синтезиран от електрохимични методи за образуване на тънък филм на проводими материали" - обяснява Thomas J. Webster (Thomas J. Webster) .. Възможността за неговото използване е проучвана в областта на защита от корозия и развитието на електрода покрития, електрохимични биосензори, полупроводникови прибори, както и в биоелектроника и други области. Все пак, въпреки че самият той е утвърдил като обещаващ материал със значителни възможности в областта на биомедицината и контролирано лекарство, потенциалната му роля в намаляването на инфекции и възпалителни реакции в ортопедията недостатъчно проучен.
Тази работа е продължение на по-рано изследвания nanomedical лаборатория Уебстър показа, че тези наноструктурирани материали могат да повлияят на растежа на костите и да допринесат за това.
За да създават полимерни покрития учени първо се отглеждат многостенни въглеродни нанотръби (около 55 нанометра в диаметър) от анодизиран титанов нанотръба чрез химическо отлагане на пари (химическо отлагане на пари, CVD) с кобалт като катализатор. Мономерите са окислени полипирол или антибиотици или дексаметазон преди електрохимична полимеризация polipirolla около нанотръби въглеродните.
Ляво - полипирол електролитно на регулярна титан,
Право - на multiwalled въглеродни нанотръби
(Photo: Уебстър Lab, Brown University)
"В нашите скорошно проучване анионни лекарства свързани poliporrolnoy електростатично в тънък филм, разграничени чрез прилагане на отрицателно напрежение" - обясни Уебстър. "По време на първите пет цикъла, ние наблюдавахме изходни анионни молекули на тънък филм polipirrolnoy и обратно движение, причинено от един непрекъснат процес на редукция и окисление. Пикове освобождават пеницилин / стрептомицин, поради агенти за намаляване, изчезва след 15 цикъла на цикличен волтамерия. Peak възстановяване дексаметазон се наблюдава след 25 цикъла, и изчезна след 40 цикъла. "
Увеличаването на размера на наркотици освободен след електрическо възбуждане е значителна за 5 цикъла. Кумулативният освобождаването на пеницилин / и дексаметазон е близо до 80% от първоначалното количество от лекарството и следващите цикли, не предизвиква тяхното освобождаване.
Въпреки, че учените са открили, че при по-високи напрежения, или по-дълги периоди от неговото предлагане може да бъде sverhokislen полипирол и губи своята електрическа активност, въглеродни нанотръби поддържаните и удължават нейния electroactivity проводимост поради отличните си качества.
Webster отбелязва, че полипирол да насити не само антибиотици и лекарства, като дексаметазон, но също и много други биомолекули - растежни фактори, пептиди, ензими, антитела, протеини и т.н., за да се промени тяхната биологична, физически, химически и електрически свойства и се контролира. разпределение система, приложима в много биомедицински приложения.
Освен това, полипирол могат да бъдат интегрирани в имплантируеми чипове за извеждане на сигнал в биологичната среда.
"Тези предварителни резултати лежат в основата на развитието на интелигентна технология подаване на лекарствено средство за използване в ортопедията, може да се използва да чете информация в затворен контур за контрол на въвеждането на лекарства на базата на тази информация," - каза Уебстър. "Като се основава на въглеродна нанотръба сензори и контролирана система за подаване на лекарство може да бъде отличен начин за увеличаване на полезния живот на ортопедични импланти, което позволява имплантите да убиват бактерии, да бъде по-малко чувствителен към продължителни възпалителни реакции и в крайна сметка, за подобряване на процеса на образуване на кости."
Прочетете статии по темата:
Грешка в текста?
Изберете го и натиснете Ctrl + Enter
Свързани статии