MIT赵选贺《先进材料》微创组织密封多功能折纸
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】【科学背景】 连接组织 的能力是普通外科手术的基石之一。为此,在开放式和微创手术中,使用机械紧固件(即缝线和钉书钉)的传统策略仍然是密封和修复组织的当前标准。但是,
【科学背景】
连接组织的能力是普通外科手术的基石之一。为此,在开放式和微创手术中,使用机械紧固件(即缝线和钉书钉)的传统策略仍然是密封和修复组织的当前标准。但是,这些模式具有固有的缺点。缝合需要费时的复杂操作,并且需要高水平的手术技能,这在紧急情况下不利。同时,外科缝合器与由并发症引起的不良事件的数量增加,诸如缝合钉畸形和缝合器开火。而且,缝合线和钉书钉都可能对组织产生机械损伤,并且易于裂开,渗漏和发炎。伴随的术后并发症,例如吻合口漏血和周围器官的纤维粘连形成,可能对患者造成严重的临床后果,并且通常需要随后的再入院手术才能进行明确的手术修复。在微创环境中,与缝线和钉书钉相关的挑战进一步加剧,在此期间,内窥镜设备的使用通常会限制可视化,深度感知,运动范围和触觉反馈。因此,尽管外科手术设备的最新进展集中于将外科手术发展为侵入性较小的技术,但是组织密封仍然是普遍的挑战。
【科研摘要】
几十年来,由于生物粘附材料在微创外科手术过程中具有取代缝合线和缝合钉来密封组织的潜力,因此备受关注。但是,通过狭窄空间输送生物粘合剂以及在流体丰富的生理环境中实现牢固粘合的复杂性继续对现有密封剂的手术翻译提出了很大的限制。最近,麻省理工学院Hyunwoo Yuk/赵选贺教授团队引入了一种基于多层生物粘附贴剂的微创组织密封新策略,该贴剂旨在排斥体液,与湿组织形成快速压力触发的粘附力,并抵抗生物积垢和炎症。相关论文A Multifunctional Origami Patch for Minimally Invasive Tissue Sealing发表在《Advanced Materials》上。多功能贴剂是通过三个不同功能层的协同组合来实现的:i)微纹理化生物粘附层,ii)动态憎血疏水性流体层,iii)防污两性离子非粘附层。该贴剂能够在存在血液的情况下对组织表面形成牢固的粘附力,并且对细菌粘附力,纤维蛋白原吸附和体内纤维囊形成表现出卓越的抵抗力。通过采用基于折纸的制造策略,证明了该贴片可以轻松地与各种微创末端执行器整合在一起,以在离体猪模型中提供便捷的组织密封,为在各种临床情况下进行微创组织密封提供了新的机会。
【图文解析】
作者基于多层组织密封贴片引入了一种新的组织密封和修复策略,该策略协同结合了三个核心功能,以解决上述局限性(图1):体液抵抗力,对湿组织的强按需粘附力以及 防污行为。为了实现这些特性,该贴剂集成了三个不同的功能层:i)微纹理化生物粘附层,ii)动态的,具有拒血性的疏水性流体层,以及iii)防污两性离子非粘附层。值得注意的是,多层贴片的材料特性使其适合于折纸启发的制造方法,从而使其具有高度可定制性。这种采用定制形状因数的能力可以通过由不同手术末端执行器驱动的多种展开机制进行手术应用,从而为各种临床适应症提供了有希望的解决方案(图1b)。
图1 a)生物粘附贴剂的多层组成的示意图。该贴剂包括带纹理的生物粘合剂,在非粘合侧融合了防污聚合物层,并在粘合侧被疏水性流体层润湿,以排斥体液。b)通过气囊导管对管状器官和结构进行腔内密封的多层贴片的示例性微创外科手术示例,以及在切除和吻合中用于线性密封的外科吻合器。c)多层贴剂的粘附机理示意图。(1)当将贴剂朝组织方向移动时,疏水性保护层排斥血液并防止污染生物粘附层。(2)施加超过77.5 kPa的压力会导致油从生物粘附层中脱湿。(3)生物粘附层与组织表面接触并立即吸收界面水,形成暂时的交联。(4)在生物粘附层中的NHS酯官能团之间形成共价键,以实现稳定的长期粘附。d)生物粘附层微织构表面的顶视图(左)和侧视图(右)的扫描电子显微镜图像。e)组装好的多层贴片的照片。f)装载在球囊导管和手术吻合器上的多层贴剂。
为了评估疏水液层的保护能力,作者将有或没有硅油的贴剂样品暴露在血液中,并比较了它们的结垢行为(图2a)。当浸没在猪血浴中时,没有硅油层的贴剂会立即被血液润湿并失去其粘附能力,而带有保护性硅油层的贴剂会抵抗血液污染并保持完整(图2a)。为了进一步研究表面微纹理对流体层稳定性的影响,作者在猪血浴中大力摇动具有平坦和微纹理生物粘附性表面的多层膜片。虽然具有平坦生物粘附表面的多层贴剂在摇动后显示出大量的血液污染,但包含微织构表面的贴片对生物粘附层表现出强大的保护作用,以防止强烈的血流(图2b),这支持了生物粘附层微织构设计的重要性。为了获得稳定的防污性能。作者还测量了使用各种市售组织粘合剂(包括基于纤维蛋白的Tisseel,基于白蛋白的Bioglue,基于聚乙二醇(PEG)的Coseal和氰基丙烯酸酯)粘附的猪皮肤组织的界面韧性,剪切强度和拉伸强度。基组织丙烯酸(图2c)。与这些市场上可买到的组织粘合剂相比,该多层贴剂可抵抗血液污染并显着提高界面韧性(536. J m-2),剪切强度(56. kPa)和拉伸强度(65. kPa)(图 2c)。
文章来源:《材料保护》 网址: http://www.clbhzzs.cn/zonghexinwen/2021/0213/438.html
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