Hydrogel: budoucnost "inteligentních kapesních pomucek"

Band-Aid mozná nikdy nebude stejná; inzenýri z Massachusetts Institute of Technology prisli s nejnovejsím modelem nalepení: lepivý, elastický, gelový materiál, který muze obsahovat snímace teploty, LED svetla a dalsí elektroniku, stejne jako drobné nádrze dodávající léky a kanály.
Nové hydrogely jsou vysoce univerzální.
Image credit: Melanie Gonicková / MIT.

"Chytrý obvazový obvaz" uvolnuje léky podle potreby v reakci na zmeny teploty pokozky. Dokonce se muze rozsvítit, pokud je nedostatek léku.

Nový obvaz se táhne s telem. Nejen, ze zustane na míste, kdyz nositel oblouk koleno nebo loket, ale jeho vestavené struktury a elektronika také zustanou nedotcené a funkcní, kdyz se protáhne.

Tým, který navrhl a vytvoril nový hydrogelový obvaz, vedl prof. Xuanhe Zhao z oddelení strojního inzenýrství Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Výzkum je publikován v roce 2006 Prírodní materiály.

Co je to hydrogel?

Hydrogely se vyznacují ruznými kazdodenními výrobky, od mekkých kontaktních cocek a kondomu az po jednorázové plenky. Vlasový gel, zubní pasta a krystalické vodní krystaly vyuzívají hydrogelu. Alginátové hydrogely kombinované s aloe vera poskytují obvaz rány, který udrzí vlhkost rany a umoznuje regeneraci bunek.

• V prumyslu se hydrogely pouzívají v tesnicích príchodech a pri cistení odpadu
• Spotrební zbozí obsahující hydrogely obsahuje gel na vlasy a kosmetiku
• Lékarské aplikace zahrnují kontaktní cocky, uvolnování léku, nervové vodítka, povlaky, tkánové objemy a náhradu jádra.

Gavin Braithwaite, z Cambridge Polymer Group v Bostonu, MA, poznamenává, ze hydrogely jsou hydrofilní, s potenciálem obsahovat 80% nebo více vody, propustné a umoznující prepravu rozpoustedel. Mohou být také viskoelastické a mazivavé. Jsou také environmentálne citlivé. Vsechny tyto vlastnosti jsou multifunkcní.

Uz se setkávají s sirokou skálou funkcí, hydrogely snují jasnou budoucnost, vcetne role v regeneraci míchy, nervové a tkánové inzenýrství a dokonce i generování orgánu.

Struktura hydrogelu je klícem k jejímu úspechu. Jeho fyzikální nebo chemické krízové vazby na hydrofilní polymerní retezy umoznují bud obsahovat nebo absorbovat vodu az do 99% objemu.

K vytvorení hydrogelu jsou polymerní retezce, které tvorí jejich základ, bud chemicky syntetizovány, nebo odvozeny z prírodních polymeru. Mohou to být proteiny, jako je kolagen a zelatina, nebo polysacharidy, jako je skrob, alginát a agaróza. Prírodní zdroje hydrogelu zahrnují skorápku a morské rasy.

Vysoký obsah vody zpusobuje, ze jsou mekké, "sumivé" a pruzné, jako kontaktní cocky, nebo vysoce absorbující, jako u detských plen. Mohou být také krehké. Jejich vlastnosti závisí na jejich slození.

Vedci o materiálech, kterí po urcitou dobu vidí potenciál hydrogelu pro ruzné aplikace, prosazují hranice této výjimecné látky.

Hydrogelové obvazy

Hydrogelové obvazy nejsou nové, z nichz první pochází z padesátých let minulého století. Nedávný vývoj vsak vytvárí revolucní pojetí.

Obzvláste známé hydrogelové obvazy zahrnují volne tekoucí gely dostupné v tubách a fóliových obalech, prípravky, kde je hydrogel nasycen na gázovou vlozku nebo prouzky, nebo list gelu podeprený tenkou vláknitou sítovinou.

Hydrogelové obvazy poskytují vlhkost, podporují hojení a odstranují mrtvé tkáne z ran. Vysoký obsah vody ochlazuje ránu a zmírnuje úlevu od bolesti. Hydrogely rovnez zabranují tomu, aby se obvaz nalepil na povrch rány.

Hydrogely jsou silné a pruzné a mohou být porézní, umoznující difúzi nebo husté, v závislosti na slození. Mohou být prizpusobeny ruzným potrebám.

Univerzita Wollongong v Austrálii popisuje hydrogely jako "nekteré z nejvíce biokompatibilních materiálu na planete". Ve skutecnosti jsou tela zvírat slozena prevázne z hydrogelu.

Telesné tkáne a syntetické hydrogely mají hodne spolecného a nejnovejsí výrobky mají vlastnosti podobné telesným tkáním, coz z nich ciní dobrý kandidát pro rostoucí rozsah lékarských aplikací.

Minulý rok, Zdravotní novinky dnes o vývoji hydrogelu, který by se mohl protáhnout jako kuze.

Vedci pracují na tom, aby tyto vlastnosti vyuzili v nadeji, ze vytvorí "inteligentní materiál", který napodobí biologickou tkán a funkci.

Nový hydrogel

V prosinci 2015 tým MIT oznámil vytvorení souboru "tvrdých hydrogelu" obsahujících 70-95% vody s "mimorádnými mechanickými vlastnostmi".

Nová hydrogelová matrice je vysoce roztazitelná, pruhledná a muze snímat teploty na ruzných místech pokozky. Vedci také zaclenili radu pozoruhodných a dalsích vlastností.

K umoznení trvalého uvolnování léku vedou vedci cestu v matrici vlozením trubek nebo vrtáním drobných der. Vytvorili také malé rezervoáry s lécivy a pridávaly snímace teploty, které jsou pravidelne rozmístené. Dalsí elektronické soucásti pouzívané k vylepsení materiálu obsahovaly vodivé titanové dráty a polovodicové cipy.

Pri testování systém umoznil, aby výsadkové drogy proudily hydrogelem a byly dodány na vyzádání. Snímace umoznily obvaz sledovat teplotu pokozky a uvolnovat léky do ruzných cástí tela podle potreby, a to i tehdy, kdyz se obvaz velmi protáhl. Senzory mohou také merit vitální znaky.

Vestavené svetelné diody LED, které pracovaly i pri napnutí kolena a lokte, indikovaly, kdy byly hladiny léciv v zásobnících nízké.

Titanový drát, zapouzdrený v matrici, vytvárel pruhledný, pruzný vodic, který udrzoval konstantní elektrickou vodivost.

Prof. Zhao vysvetluje, proc hydrogelová matice muze být klícem k pouzívání elektroniky v biomedicínském kontextu:

"Pokud chcete dát elektroniku v úzkém kontaktu s lidským telem pro aplikace, jako je monitorování zdravotní péce a dodávky léku, je velmi zádoucí, aby byly elektronické prístroje mekké a roztazitelné tak, aby odpovídaly prostredí lidského tela. aby jste mohli uvazovat o dlouhodobé stabilite hydrogelu a rozhraní. "

Textura, citlivost a mechanická schopnost nového inteligentního obvazu na rány prinásejí vedcum krok smerem k umelým biologickým tkáním, které skutecne napodobují funkce prírody.

Aplikace: prítomný a budoucí

Okamzité pouzití obvazu, naznacují výzkumníci, by bylo lécit popáleniny nebo jiné dermatologické stavy.

Schopnost uvolnovat na vyzádání specifické léky ze specifických zásobníku v reakci na reakce získané senzory z konkrétních lokalit, a to v souladu s casem, by prineslo dulezité výhody.

Pozádali jsme prof. Zhao o to, zda by inteligentní oblékání bylo prizpusobitelné, nebo zda by to muselo být zakoupeno pripravené.

Rekl nám: "Soucasná inteligentní bandáz muze být naprogramována lékarem nebo zdravotníkem, jako je typ a dávka léku dodávaných."

Pokud jde o náklady, rekl: "Jelikoz materiály (hydrogely) a zarízení (senzory) jsou relativne nízké, ocekáváme, ze systém bude cenove dostupný."

Zatím nám profesor Zhao rekl, ze obvaz nebyl testován na terapeutické schopnosti, ale tým v soucasné dobe pracuje na in vivo testování zarízení na bázi hydrogelu.

V následujícím videu prof. Zhao hovorí o vlastnostech nového hydrogelového obvazu a o cem by se dalo pouzít:

Vedle své úlohy povrchního oblékání se vedci domnívají, ze materiál muze být pouzit k dodávce elektroniky uvnitr tela.

Prof. Zhao rekl MNT:

"Nové prístroje, které se skládají z elektroniky integrované s biokompatibilními hydrogely, by mely najít sirokou skálu aplikací v biomedicínské oblasti."

Matrice by mohla být pouzita v implantátech, jako jsou ventily pro rízení toku mikrofluidu nebo v mikroclenech, které by zmenily tvar. Implantacní zarízení obsahující hydrogely by mohly podporovat systémy mobilního zdraví nebo systémy mHealth. MNT nedávno informovala o rostoucím oboru mHealth.

Existující glukózové snímace mají tendenci vyvolávat imunitní reakci, která pokrývá snímac s hustými vlákny, takze je treba je casto vymenovat. Tým je presvedcen, ze nový hydrogel by mohl být pouzit k vytvorení robustnejsího a dlouhodobejsího produktu.

Podobne, ríká prof. Zhao, nový hydrogel muze zlepsit úcinnost neurálních sond.

Mekcení mozku na "misku Jell-O", zduraznuje, ze hydrogel má podobné fyziologické vlastnosti. Spolu s jeho mechanickým potenciálem by mohl být vhodným kandidátem na neurální sondy.

Dále vpred, hydrogely jsou povazovány za potenciální lesení pro nové tkáne, a mozná i jako základ pro nové orgány, v tom, co je známé jako regeneracní medicína.

To by zahrnovalo zasazení nebo zapouzdrení bunek pozadované tkáne do hydrogelu. Hydrogel by pak byl vstrikován do tela, kde by nahradil poskozené tkáne a umoznil dodávání zivin. Jak se bunky reprodukují, hydrogelové lesení se rozlozí a nová tkán nahradí starou.

MNT nedávno uvedeno na kapalném krystalickém hydrogelu s 3D formou, která má vlastnosti podobné mekké tkáni.

Genetické varianty mohou vysvetlit vazbu mezi pouzitím antibiotik kojencu a astmatem

Priblizne 6,8 milionu detí v USA má astma. Presná prícina onemocnení není známa, ale nový výzkum publikovaný v The Lancet Respiratory Medicine zjistí, ze deti, které dostávají antibiotika pred dosazením veku jednoho roku, mají zrejme vyssí riziko astmatu pozdeji v zivote. Pouzití kojeneckých antibiotik bylo dríve spojeno se zvýseným rizikem astmatu.

(Health)

Co se stane s mozkem, jak stárneme?

Stárnutí mozku je do jisté míry nevyhnutelné, ale není jednotné; ovlivnuje kazdého, nebo kazdý mozek, jinak. Zpomalení stárnutí mozku nebo úplné zastavení by bylo konecným elixírem k dosazení vecné mládí. Je mozek stárnutí kluzkým svahem, který musíme prijmout? Nebo existují kroky, které muzeme podniknout, abychom snízili míru poklesu?

(Health)