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来源: 新华社
05:06:33

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麻省理工赵雪鹤的团队让医疗器械长出柔软耐用的水凝胶皮肤

    资料来源:任何接受过胃肠镜检查或导管检查的人都知道硬质塑料橡胶在人体软组织中拖拽摩擦的痛苦。此外,医疗器械如导尿管的表面容易粘附细菌并产生异物。这些问题困扰着全世界数以千万计的人。水凝胶柔软、水润、光滑、抗菌。它们是人类接触的最佳接口。但是,医疗器械,如导管和内窥镜,怎么能涂上一层厚而耐用的水凝胶涂层呢?这一问题一直是医疗器械和软材料领域的重大挑战。麻省理工学院的赵宣和团队在2015年首次提出了水凝胶的韧性粘附机制(图1a自然材料15,190-196(2016)。水凝胶体应该足够坚韧和耗散,并且水凝胶和粘合剂之间应该有牢固的联系。通过这种机制,赵宣和团队在2016年首次实现了水凝胶与各种医用塑料和橡胶材料的韧性粘合(图1b,.Comm 7,12028(2016)。2017年,它首次实现了简单形状医疗器械的韧性水凝胶涂层(高级保健材料6,1700520(2017)。然而,医疗器械通常形状复杂,其内外表面可能不均匀(图1c)。图1。水凝胶的韧性粘附机理;B水凝胶对各种医用橡胶材料的韧性粘附;C复合型橡胶/塑料制品;如何在复合型医疗器械上获得柔软、耐用和足够厚的水凝胶涂层(图1c)?华中科技大学的赵宣和麻省理工学院和曾建峰研究小组给出了答案:让复杂医疗器械表面生长一层厚度可控的软、耐用的水凝胶皮肤。论文发表在《先进材料》(1807101(2018))上。华中科技大学藏剑锋小组青年教师余燕、麻省理工学院博士生Hy.ooYuk、德国Parada和MIT教授赵宣和是作者和记者。现有的方法如浸渍涂布很难获得均匀厚度的水凝胶涂层,不适合医疗器械的内表面和复杂表面。合作团队想出了一个全新的方法。它们通过等离子体处理和溶胀渗透使现有医疗器械材料(硅橡胶、聚氨酯、聚氯乙烯、丁腈橡胶、乳胶等)的表面变得稀疏和亲水。然后水凝胶在10-100微米的变性层中生长,形成自然的双网络水凝胶结构(图2)。(注:龚建平教授提出的双网络硬水凝胶并非原著,《先进材料》15,1155(2003)。双网络水凝胶具有韧性和耗散性,同时水凝胶层与医疗器械之间保持着牢固的联系,这符合水凝胶的韧性和粘附机理(图1a..15,190-196(2016))。图2。水凝胶皮肤生长机理:该方法能使市场上的医疗器械表面直接生长出柔软耐用的水凝胶皮肤,简单实用,安全有效。此外,水凝胶皮肤可以储存在干燥状态,并在使用前直接湿润,而不影响效果。该方法可用于复杂形状的大尺度聚合物表面和复杂形状的微尺度聚合物表面制备水凝胶皮肤。如图3a所示,我们在一厘米大小的“八角桁架”硅橡胶上均匀地制备了一层水凝胶皮。此外,如图3b所示,我们在硅橡胶微流控芯片上均匀地制备了一层具有微米“沟槽”的水凝胶皮肤。(通过绿色染料在水凝胶皮肤上的扩散,我们可以清楚地看到整个表面被水凝胶皮肤完全覆盖。)同时,该方法也可以容易地控制水凝胶皮肤的厚度和粗糙度,以满足不同的应用需求。我们只有在“单体水溶液”中添加/不添加微量链转移剂(其他工艺相同),就可以得到厚度和粗糙度有显著差异的水凝胶皮肤(图3c,d)。图3。在厘米大小的“八角桁架”硅橡胶上均匀制备水凝胶皮肤;在微米大小的“沟槽”硅橡胶微流控芯片上均毕业后你不是我的伴奏_高鹰生殖中心匀制备水凝胶皮肤;C薄而光滑的水凝胶皮肤;D厚而粗糙的水凝胶皮肤;该水凝胶皮肤层比橡胶表面柔软得多。将图4A(橡胶表面弹性模量)与图4B(水凝胶净化达克萨隆怎么做_高鹰生殖中心表面弹性模量)进行比较,可以看出,水凝胶表面弹性模量仅为橡胶表面弹性模量的1/70左右。此外,从宏观上看,水凝胶蒙皮不会改变橡胶的拉伸模量。这表明水凝胶皮只改变橡胶表面的柔软度,并不影响橡胶的整体性能和功能(图4c)。图4。橡胶表面弹性模量;B型水凝胶表层弹性模量;C型水凝胶表层制备前后橡胶的整体硬度;D型摩擦系数随压力变化;e型摩擦系数随时间变化;f型水凝胶表层长期摩擦前后;同时,它具有优良的摩擦磨损性能。在水中站立。一方面,水凝胶蒙皮制备的PDMS的摩擦系数几乎不随压力的增加而增加(图4d)。另一方面,水凝胶蒙皮制备的PDMS的摩擦系数几乎不随摩擦时间的增加而增加(图4e)。这主要是由于水凝胶皮肤的优异的保水性和耐磨性(见图4f)。此外,该水凝胶皮肤层还具有优良的抗菌潜力。我们已经证实,大肠杆菌极其难以生长和粘附到水凝胶皮肤表面(图5a,b)。图5。a、B的抗大肠杆菌实验结果如下:该方法不仅可以光引发制备,而且可以热引发制备。因此,可以在聚合物管道的外壁和内壁上均匀地制备水凝胶皮肤,如图6a所示的医用心脏导管的外壁和图6b所示的商业化聚氯乙烯管道的内壁和外壁。商业用医疗管状器械,如图6c中的球囊导管。图6。不同商品橡胶/塑料制品上制备的水凝胶皮肤、人体器官(如脑、脊髓、心脏、肌肉、皮肤等)主要由水凝胶组成,水凝胶柔软、富水,具有生物活性。与人体接触的现代机器(如导管、内窥镜、血管支架、起搏器、电极等)大多由金属、硅、陶瓷、玻璃、塑料等构成,坚硬、干燥、没有生命。人体和机器之间不相容甚至矛盾的物质特性是影响健康和生活的主要问题之一。MIT Zhao 比亚迪s6惨烈车祸_高鹰生殖中心Xuanhe团队提出了水凝胶作为一个界面,以更好地整合人体和机器(图7)。在最近的水凝胶生物电子学综述(DOI:10.1039/C8CS00595H)中,系统地阐述了水凝胶人机界面的基本原理和材料设计原则,并提出了今后的发展方向。本文是水凝胶作为人体与医疗器械的理想界面的一个实例。图7。麻省理工学院赵雪河研究小组(http://web.mit.edu/zhaox/www/)长期以来推动了软材料和人机接口技术的发展。近期研究成果包括:(1)机理研究。软物质,10672(2014)是第一个系统地阐述各种水凝胶韧性的机理。首次提出了水凝胶超韧性粘接机理,实现了不同材料的超韧性粘接机理。《天然材料》15190(2016)首次系统地阐述了水凝胶强化机理。美国国家科学院学报,1148138(2017)首次提出了水凝胶的抗疲劳机理,实现了八岁儿童坠亡晋安河_高鹰生殖中心超高抗疲劳水凝胶科学进展。水凝胶生物电子学(水凝胶生物电子学)化学协会评论的第一个定义,DOI:10.1039/c8cs 00595h第一次提出了水凝胶-弹性体杂化及抗脱水水凝胶自然通讯,712028(2016)。首次提出了铁磁软材料及软机械的三维打印技术,Nature 558,274(2018),并进行了应用研究。首次实现了可拉伸水凝胶电子学新材料28,4497(2016)。首次实现了液压水凝胶我的儿子叫钱云会_高鹰生殖中心驱动器和机器人自然通讯。首次实现了8,14230(2017)条超拉伸水凝胶纤维。先进医疗材料,DOI:10.1002/adhm.201700520;先进材料,1807101(2018),首先提出并实施了可伸缩生命装置(可伸缩生命装置),美国国家科学院学报,114。2200(2017)首次应用机械不稳定性获得人造粘膜美吉德利卡 贾斯汀_高鹰生殖中心国国家科学院学报,115,7503(2018)

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