Умный шовный материал определит инфицирование и согреет рану

Что такое хирургический шовный материал? — Пластиковые или шёлковые нити, и более ничего. Как-то слишком уж просто для входящей в новую эру медицины. Учёные из Иллинойсского университета (США) взялись осовременить старую технологию, покрыв нити сенсорами, способными следить за состоянием раны и ускорять процесс заживления.

Электронные швы, содержащие ультратонкие кремниевые сенсоры, интегрированные в полимерные или шёлковые нити, могут быть легко продеты в игольное ушко, а тесты на животных показали, что «цифровая» нить способна надёжно стягивать края раны и может быть затянута узлом без деградации интегрированного устройства.

«Умный» шовный материал использует ультратонкие кремниевые сенсоры для измерения температуры в ране (фото John Rogers).

Зачем это нужно: модернизированные швы очень точно измеряют температуру (повышенная температура — индикатор появившейся инфекции), а также нагревают рану, что, как известно, благотворно сказывается на скорости заживления. Кроме того, новый шовный материал может быть дополнительно интегрирован с устройствами, обеспечивающими электрическую стимуляцию, — к примеру, дополнительно покрыв электронные нити специальным полимером, содержащим лекарственные препараты, высвобождение которых происходит либо при повышении температуры, либо под действием электрического импульса.

Свойства «умного» шовного материала, о котором сообщается в журнале Small, определяются кремниевыми устройствами, которые могут скручиваться и растягиваться (хотя для кремниевых устройств это совершенно не характерно). Авторы разработки представили устройства, состоящие из кремниевых мембран, а также золотых электродов и проводов толщиной в несколько сотен нанометров, нанесённых подобно серпантину. Технология находится на стадии коммерциализации в созданной исследователями компании.

В начале, с помощью специальных реагентов, происходит отделение ультратонкой кремниевой плёнки от кремниевой подложки. Затем, используя резиновый шаблон, наномембраны отрываются и переносятся на полимерные или шёлковые нити, а сверху наносятся металлические электроды и провода. После чего получившееся устройство целиком инкапсулируется в эпоксидный полимер.

Учёные создали два типа термических сенсоров на поверхности шовных нитей. Один — кремниевый диод, который меняет выходной ток в зависимости от температуры. Другой — резистор на платиновых наномембранах, сопротивление которого варьируется в ответ на изменение температуры. А ещё мы, кажется, забыли упомянуть о микроскопических нагревательных элементах: это простые золотые нити, нагревающиеся при пропускании сквозь них тока.

Самой большой трудностью, рассказывают авторы работы, было добиться от нитей гибкости, ведь кремний хрупок. Поэтому получение наноразмерных (по толщине) кремниевых мембран и их укладка в виде серпантина стали ключевыми моментами в достижении эластичности. Прочность и гибкость новых нитей протестирована на крысах.

Подготовлено по материалам Technology Review.