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用于医疗器械的生物悬浮涂层排斥血液,细菌

经过Wyss在哈佛大学的生物启发工程研究所|2014年10月13日

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扫描电子显微镜(SEM)图像显示了红细胞如何凝结形成血凝块,这是与植入医疗设备相关的常见和危及生命的风险。来源:詹姆斯·韦弗,哈佛大学威斯研究所从联合替代品到心脏植入物和透析机,医疗器械每天增强或挽救生命。

然而,任何植入体内或与流动血液接触的任何装置都面临两个可能威胁患者的寿命的临界挑战,该患者旨在帮助:血液凝结和细菌感染。

哈佛科学家和工程师团队可能有一个解决方案。他们使用已经批准的食品和药物管理(FDA)的材料开发了一种用于医疗器械的新表面涂层。

从20多个医学上相关的基板中涂出血液的涂层 - 由塑料制成 - 玻璃和金属 - 并且还抑制了在研究中的研究中的生物膜形成自然生物技术.但这还不是全部。

研究小组将涂有这种材料的医用导管植入猪的大血管中,在不使用肝素等血液稀释剂的情况下,可以防止血液凝固至少8小时。

肝素对于导致潜在的致命副作用如过度出血来说是臭名昭着的,但在医疗治疗中通常是必要的邪恶,其中凝结是一种风险。

“制定一种防止血液凝固的方法是医药的神圣格拉林之一,”哈佛大学的生物学启发工程学院的创始主任,博士,博士,博士,博士,哈佛大学的生物学启发工程研究所和学习高级作者的高级作者。Ingber也是哈佛医学院和波士顿儿童医院血管生物学教授的犹大民俗学教授,以及哈佛大学工程和应用科学(SEA)的生物工程教授。

由Slips演变的涂层的想法,由Coauthor Joanna Aizenberg,博士学位,博士学位,博士学位,博士学院是哈佛海域的智慧核心系师和艾米史密斯·梅尔·梅尔森教授。滑块代表滑爽的液体注入多孔表面。

这些玻片被浸在血液中,以证明TLP涂层的有效性。左侧未处理的玻片粘上了血液,右侧经tlp处理的玻片则清晰可见。来源:哈佛大学威斯学院灵感来自食肉槽植物的光滑表面,使工厂能够捕获昆虫,将近任何物质的IT接触的材料滑动。表面上的液体层为从冰到原油和血液的一切提供了障碍。

“传统的滑块使用多孔的纹理表面基材来固定液体层,而医学表面大多是平坦的,因此我们通过利用医疗器械的化学改性表面的自然粗糙度进一步调整了我们的方法,”艾辛伯格领导Wyss Institute’s Adaptive Materials platform. “This is yet another incarnation of the highly customizable SLIPS platform that can be designed to create slippery, non-adhesive surfaces on any material.”

Wyss团队开发了一种超级防风涂层,可以粘附在现有的经批准的医疗设备上。在一个两步的表面涂层过程中,他们用化学方法附着一层全氟碳化合物,这与聚四氟乙烯类似。

然后它们加入了一层液体全氟化碳,广泛用于药物中的应用,例如婴儿呼吸挑战,血液取代,眼镜等液体通风等应用。该团队称其束缚全氟碳加上液体层是液体层型液体全氟碳表面,或短的TLP。

除了在涂上20多个不同的医疗表面时无缝工作,持续超过八小时,在不使用肝素的情况下在相对高的血流率下防止猪的凝块,TLP涂层达到以下结果:

  • 在常温和湿度条件下储存TLP处理的医用管超过一年,仍然预防凝块形成
  • TLP表面在全系列临床相关的生理剪切应力或导管和中央线路中看到的血流率下保持稳定,一直到透析机
  • 它排斥了导致凝血(纤维蛋白和血小板)的血液的组分
  • 当细菌叫假单胞菌铜绿假单胞菌在TLP涂层医用管中生长超过六周,低于十亿细菌能够坚持。涂有TLP的中央线显着降低了中线介导的血流感染(CLABSI)的败血症。(Sepsis是由细菌引起的危及生命的血液感染,以及植入医疗器械患者的重大风险。)

出于纯粹的好奇心,研究人员甚至用壁虎测试了一个TLP涂层表面 - 粘附的超级棒,其脚垫含有数千种具有巨大粘合强度的毛发状结构。壁虎无法坚持下去。

“我们对TLP涂层有效,特别是在没有肝素的体内,我们的联合作者,Anna Waterhouse,博士学位,博士学位,博士学位博士生博士生博士博士博士博士博士博士。“通常,血液将在体外回路中的一个小时内开始凝结,因此我们的实验真正证明了这涂层的临床相关性。”

虽然使用相对简单的设置,但在导管和灌注管等医疗设备上进行了大多数球队的演示,但他们说在地平线上有很多更多。

“我们认为这只是我们如何在诊所测试这一点的开始,”Wyss Institute员工科学家博士学位,博士,博士举行,努力将其测试更复杂的系统作为透析机和ECMO,在重症监护病房中使用的机器,以帮助危重病人呼吸。

跨学科团队包括代表Wyss研究所、SEAS、哈佛医学院和波士顿儿童医院的研究人员,他们的专业范围从血液学到免疫学、表面化学和材料科学,反映了Wyss研究所强有力的合作模式。

“这真的只能在像Wyss Institute这样的地方发生,”Ingber说。“当我集团的医生和科学家开始集思广益时,魔法发生了与超级排斥性专家的Slips Engineering团队进行头脑风暴。出现的是植入医疗设备,体外电路等的新范式。“


提交:材料•先进


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