由昆虫翅膀启发的涂层可以制造出更好的骨和关节植入物

来源：cnBeta 　2023-05-10 05:40:13

生物仿生学，即根据对自然界的观察创造人造物品的做法，多年来一直是医学界创新的强大动力。我们已经看到了一种可以制造更好的骨植入物的材料，其灵感来自于木材和动物角中发现的不同类型的孔隙；一种受仙人掌启发的传感器，可以收集汗液进行分析；还有一种基于食肉植物投手的叶子的大脑植入物涂层。

【资料图】

受蜻蜓和蝉翼的启发，研究人员开发了一种用于骨科植入物的新涂层。它不仅能杀灭有害细菌，还能监测系统的压力，这意味着它可以警告即将发生的植入物故障。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（UI）的研究人员再次向大自然寻求涂层解决方案，他们从蜻蜓和蝉的对抗细菌的翅膀中找到了解决骨科植入物产生的一个顽固问题：感染。

据这项研究的负责人、UI的材料科学和工程教授Qing Cao说，一直以来都没有足够的方法来处理影响多达10%的植入物患者在植入物层面的感染。他说，目前使用重金属离子来对抗细菌的努力也会对附近的组织造成损害，而且涂有抗生素药物的植入物最终会在化学品耗尽时失效。它们也不能有效地对抗抗生素耐药菌，这在医学界是一个日益严重的问题。

因此，Cao和他的团队创造了一种用于植入物的薄箔涂层，其一面由纳米柱组成，如昆虫翅膀上的那些。当细菌细胞接触到这些柱子时，它们会被刺穿并失去活力。

该研究的合著者、病理生物学教授Gee Lau说："使用机械方法来杀死细菌，使我们能够绕过化学方法的很多问题，同时仍然给予我们将涂层应用于植入物表面所需的灵活性。"

一举两得

研究人员不满足于只解决骨科植入物的一个问题，他们意识到他们的涂层可以解决另一个问题：设备故障。Cao说，这个问题也影响到所有接受植入物的患者中的10%。

因此，在薄膜的另一面，研究人员嵌入了灵活的微传感器，能够测量应用了涂层的植入物的机械应力。研究人员说，这不仅可以让医生知道身体在植入物周围的愈合情况，而且可以在人工关节的压力过大时发出警报。

在动物试验中，这种涂层表现良好，可以抵御小鼠身上的细菌，并从绵羊的脊柱植入物中发送压力信号。虽然目前的涂层需要一个外部电源，但研究人员说他们现在正在研究一个无线解决方案。

该涂层被应用于绵羊的标准脊柱植入物，在那里它成功地测量了机械应力

Cao说："这些类型的抗菌涂层有很多潜在的应用，由于我们的涂层使用的是机械机制，它有可能用于化学品或重金属离子--如现在商业抗菌涂层中使用的--会造成损害的地方。"

这项研究已经发表在《科学》杂志上。

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