Zakażenia pooperacyjne i komplikacje z nimi związane, mimo rozwoju mikrobiologii, są nadal wielkim zagrożeniem przy poważniejszych operacjach chirurgicznych. Próbując temu zaradzić, zespół naukowców z University of Illinois pod kierownictwem prof. inżynierii materiałowej Johna Rogersa, opracował rozwiązanie, które umożliwia stałą kontrolę ran i miejsc objętych interwencją chirurgiczną.

Są to „inteligentne” nici chirurgiczne, czyli bawełniane nici chirurgiczne, pokryte otoczką polimerową, w której zatopiono ultracienkie mikroskopijne czujniki, umożliwiające ciągłe monitorowanie temperatury i stanu zaszytej rany bądź miejsca po operacji.

Czujniki działają podobnie jak tagi RFID – odczytu danych z nich można dokonać poprzez zbliżenie czytnika, podłączonego kablem USB do zwykłego laptopa. W napisanej na potrzeby urządzenia specjalnej aplikacji ukaże się wtedy termomapa rany z wyobrażonymi punktami o największej temperaturze. W aplikacji można także śledzić tempo wzrostu temperatury oraz miejsca, w których rośnie ona najszybciej.

Rozwiązanie opracowane przez zespół naukowców z University of Illinois, opiera się na filmach z krzemu, mikroelektrodach ze złota oraz nanodrutach o grubości kilku nanometrów, zwiniętych spiralnie. Błonę krzemową uzyskiwano przez chemicznie cięcie wafla krzemowego, przeznaczonego do wyrobu chipów. Pokrywano nią chirurgicznie nici z bawełny bądź polimeru, po czym układano w równomiernych odstępach złote elektrody, owijając je spiralnie zwiniętym nanodrutem.

Elektrody stanowią części robocze dwóch typów czujników. Pierwszy jest diodą krzemową, zmieniającą kierunek przepływu prądu wraz ze wzrostem temperatury. Drugi rezystorem nanomembraną z platyny, zmieniającą oporność wraz z temperaturą.

Druga warstwa nanodrutu służyła do innych działań. Czytnik może emitować niewielkie pole magnetyczne, co lekko rozgrzewa złoty drut i pozwala na lokalne nagrzewanie rany, co ułatwia jej gojenie. Całość nici wraz z czujnikami pokryto obojętną żywicą epoksydową.

Wszystkie materiały użyte w konstrukcji są bezpieczne dla organizmu i największym wyzwaniem, według prof. Rogersa, było nie tyle utrzymanie ich nietoksyczności, ile zachowanie elastyczności właściwej niciom chirurgicznym. Zapewnił to film z krzemu, umieszczony na powierzchni samej nici, stanowiący podstawę dla czujników. Inteligentne nici można stosować tak samo, jak stosuje się zwykłe nici chirurgiczne.

Naukowcy przeprowadzili szereg testów na szczurach, które wykazały, iż inteligentne nici mogą skrócić czas gojenia się ran o 20 proc. i nie dopuszczają do ich zakażania. Obecnie trwają prace nad wbudowaniem w nić mikromodułu bezprzewodowego, umożliwiającego przekazywanie danych na odległość do 1-2 m bez potrzeby zbliżania czytnika.

Zespół Rogersa ma szerzej zakrojone plany. Naukowcy chcieliby, na bazie nici monitorujących temperaturę rany, opracować rozwiązanie aktywnie wspomagające leczenie – nici zawierałyby mikrokapsułki uwalniające w odpowiednich warunkach leki oczyszczające ranę i niszczące beztlenowce oraz elektrody działające na określone miejsce rany impulsami, umożliwiającymi szybkie gojenie. Naukowcy mają nadzieję, że w ten sposób uda się zmniejszyć możliwość infekcji ciężkich, zabrudzonych ran powypadkowych oraz znacznie przyśpieszyć gojenie nawet rozległych obrażeń.

Proces badawczy nici ułatwiających monitorowanie ran potrwa zapewne około 1-2 lat do momentu testów klinicznych a około 3-5 lat do pierwszych zastosowań w praktyce.

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl