医疗设备可以插入胃肠道来治疗、诊断或监测一些胃肠道疾病。然而,一旦完成,就必须通过内窥镜手术将其取出。
麻省理工学院的研究人员开发了一种光敏水凝胶方法,可以整合到医疗设备中,以避免内窥镜手术。
该研究的高级作者Giovanni Traverso在一份研究报告中说:“我们正在开发一套可以驻留在胃肠道中的系统,作为其中的一部分,我们正在寻找不同的方法,在不需要大手术的情况下触发胃肠道中的设备拆卸。新闻发布会上.
研究人员在猪身上测试了这种装置,发现当暴露在一个小型LED发出的蓝光或紫外线下时,这种基于水凝胶的装置会被触发分解。
Traverso说:“鉴于我们对开发可以在胃肠道中长时间驻留的系统的兴趣,我们将继续研究一系列方法,以促进在不良反应或不再需要时去除这些系统。”“我们真的在研究不同的触发器,以及它们的表现,以及我们是否可以将它们应用于不同的设置。”
根据研究人员的说法,使用基于光的触发器的一个优点是,光可以在远处工作,不需要直接接触它需要分解的材料。光线也不会自然进入胃肠道,所以该设备不会意外触发。
为了制造这种新材料,研究人员设计了一种光敏聚合物凝胶,其中含有一种化学键,当暴露在405到365纳米(蓝色到紫外线)波长的光下时,这种化学键就会被破坏。它还含有更坚固的成分,如聚丙烯酰胺,使材料更耐用,但暴露在光线下仍然可以分解。研究人员还将这种材料制成了双网络,这意味着一个聚合物网络包裹着另一个聚合物网络。
“你形成了一个聚合物网络,然后在它周围形成另一个聚合物网络,所以它真的是纠缠在一起的。这使得它非常坚韧和有弹性,”该研究的主要作者里图·拉曼说。
研究人员可以通过改变凝胶的成分来改变材料的性质。如果设备中有更多的光敏材料,它会更快地分解,但机械性能会更弱。研究人员表示,他们还可以通过使用不同波长的光来控制LED光分解材料所需的时间。蓝光的工作速度比紫外线慢,但对通常对紫外线损伤敏感的细胞来说,蓝光的风险更小。
该材料的所有方面都具有生物相容性,凝胶可以被塑造成各种形状。研究人员已经将其作为减肥球囊和食管支架的密封件进行了测试。
在减肥气球上,可以通过将密封件暴露在一个小LED灯下来使气球泄气,LED灯可以被吞下并自然排出体外。气球由乳胶制成,并填充了聚丙烯酸钠,可以吸收水分。在猪身上进行测试时,气球一旦放入胃中就会膨胀。根据研究人员的说法,一个小的、可食用的、带有蓝光的LED被放置在胃里6小时,气球慢慢地泄气。当暴露在更高功率的光下时,这种材料在30分钟内就分解了。
研究人员还测试了食道支架中的材料,当不再需要时,这种材料能够被分解并通过消化道。
麻省理工学院的研究人员认为,这种方法可以用于开发其他可降解设备。
特拉韦尔索说:“这项研究证明了我们可以创造这种材料的概念,现在我们正在考虑什么是它的最佳应用。”
这项研究发表在《科学进展》杂志上,由美国国立卫生研究院、比尔和梅林达·盖茨基金会、国家癌症研究所的科赫研究所支持拨款和美国科学促进会(AAAS L 'Oréal美国妇女科学奖学金)资助。