Pelapis pintar pada implan ortopedi, yang dikembangkan di University of Illinois Urbana-Champaign, memiliki nanopilar pembunuh bakteri di satu sisi dan elektronik fleksibel pemetaan regangan di sisi lain. Ini dapat membantu dokter memandu rehabilitasi pasien dan memperbaiki atau mengganti perangkat sebelum rusak. Kredit: Beckman ITG, Universitas Illinois
Pelapis “pintar” yang baru dikembangkan untuk implan ortopedi bedah dapat memantau ketegangan pada perangkat untuk memberikan peringatan dini kegagalan implan sambil membunuh bakteri penyebab infeksi, lapor peneliti University of Illinois Urbana-Champaign. Pelapis mengintegrasikan sensor fleksibel dengan permukaan antibakteri berstruktur nano yang terinspirasi oleh sayap capung dan jangkrik.
Dalam sebuah studi baru di jurnal Science Advances, tim peneliti multidisiplin menemukan pelapis mencegah infeksi pada tikus hidup dan memetakan ketegangan pada implan komersial yang diterapkan pada duri domba untuk memperingatkan berbagai implan atau kegagalan penyembuhan.
“Ini adalah kombinasi desain bahan nano yang diilhami bio dengan elektronik fleksibel untuk melawan masalah biomedis jangka panjang yang rumit,” kata pemimpin studi Qing Cao, profesor ilmu dan teknik material U. of I.
Infeksi dan kegagalan alat merupakan masalah utama dengan implan ortopedi, masing-masing memengaruhi hingga 10% pasien, kata Cao. Beberapa pendekatan untuk memerangi infeksi telah dicoba, tetapi semuanya memiliki keterbatasan yang parah, katanya: Biofilm masih dapat terbentuk pada permukaan yang menolak air, dan pelapis yang sarat dengan bahan kimia antibiotik atau obat habis dalam rentang waktu berbulan-bulan dan memiliki efek toksik pada sekitarnya. jaringan dengan sedikit kemanjuran terhadap strain bakteri patogen yang resistan terhadap obat.
Mengambil inspirasi dari sayap antibakteri alami jangkrik dan capung, tim Illinois menciptakan foil tipis berpola dengan pilar berskala nano seperti yang ditemukan pada sayap serangga. Ketika sel bakteri mencoba untuk mengikat foil, pilar menusuk dinding sel, membunuhnya.
Perangkat ini menggabungkan foil berstrukturnano yang diilhami serangga dengan elektronik fleksibel yang sangat sensitif. Di sini prototipe perangkat diterapkan pada implan tulang belakang yang tersedia secara komersial dan ditampilkan pada model tulang belakang. Kredit: Yi Zhang
“Menggunakan pendekatan mekanis untuk membunuh bakteri memungkinkan kami melewati banyak masalah dengan pendekatan kimiawi, sambil tetap memberi kami fleksibilitas yang diperlukan untuk menerapkan pelapisan pada permukaan implan,” kata profesor patobiologi Gee Lau, rekan penulis studi tersebut.
Di sisi belakang foil berstruktur nano, di mana ia bersentuhan dengan perangkat implan, para peneliti mengintegrasikan susunan sensor elektronik yang sangat sensitif dan fleksibel untuk memantau ketegangan. Ini dapat membantu dokter melihat kemajuan penyembuhan masing-masing pasien, memandu rehabilitasi mereka untuk mempersingkat waktu pemulihan dan meminimalkan risiko, dan memperbaiki atau mengganti perangkat sebelum mencapai titik kegagalan, kata para peneliti.
Kelompok teknik kemudian bekerja sama dengan profesor kedokteran hewan klinis Annette McCoy untuk menguji perangkat prototipe mereka. Mereka menanamkan foil pada tikus hidup dan memantau tanda-tanda infeksi, bahkan ketika bakteri masuk. Mereka juga menerapkan pelapisan pada implan tulang belakang yang tersedia secara komersial dan memantau tekanan pada implan pada duri domba di bawah beban normal untuk diagnosis kegagalan perangkat. Pelapis melakukan kedua fungsi dengan baik.
Prototipe elektronik membutuhkan kabel, tetapi para peneliti selanjutnya berencana untuk mengembangkan daya nirkabel dan antarmuka komunikasi data untuk pelapis mereka, langkah penting untuk aplikasi klinis, kata Cao. Mereka juga bekerja untuk mengembangkan produksi berskala besar dari foil pembunuh bakteri bertekstur nanopillar.
“Jenis pelapis antibakteri ini memiliki banyak aplikasi potensial, dan karena kami menggunakan mekanisme mekanis, pelapis ini memiliki potensi untuk tempat di mana bahan kimia atau ion logam berat—seperti yang digunakan dalam pelapis antimikroba komersial sekarang—akan merugikan,” kata Cao.
Informasi lebih lanjut: Yi Zhang et al, Lapisan cerdas dengan fungsi antimikroba fisik dan pemetaan regangan terintegrasi untuk implan ortopedi, Kemajuan Sains (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adg7397
Disediakan oleh University of Illinois di Urbana-Champaign
Kutipan: Lapisan implan bedah pintar memberikan peringatan kegagalan dini sambil mencegah infeksi (2023, 5 Mei) diambil 5 Mei 2023 dari https://medicalxpress.com/news/2023-05-smart-surgical-implant-coatings-early.html
Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.