Более простой способ удаления медицинских устройств

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса новостей MIT предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой публике в соответствии с некоммерческой лицензией Creative Commons «С указанием авторства». Вы не можете изменять предоставленные изображения, кроме как обрезать их до нужного размера. При воспроизведении изображений необходимо использовать кредитную линию; если оно не указано ниже, укажите авторство изображений в «MIT».

Предыдущее изображение Следующее изображение

Воспользовавшись явлением, которое приводит к переломам металла, исследователи Массачусетского технологического института разработали медицинские устройства, которые можно использовать внутри тела в качестве стентов, скоб или складов лекарств, а затем безопасно разбирать по требованию, когда они больше не нужны.

Исследователи показали, что биомедицинские устройства, изготовленные из алюминия, можно разрушить, подвергнув их воздействию жидкого металла, известного как эвтектический галлий-индий (EGaIn). На практике это может сработать, например, путем нанесения жидкости на скобы, используемые для скрепления кожи, или путем введения микрочастиц EGaIn пациентам.

По словам исследователей, запуск разрушения таких устройств таким образом может устранить необходимость хирургических или эндоскопических процедур для их удаления.

«Это действительно впечатляющий феномен, который можно применить к нескольким ситуациям», — говорит Джованни Траверсо, доцент кафедры машиностроения имени Карла ван Тасселя в Массачусетском технологическом институте и гастроэнтеролог в Бригамской женской больнице. «Потенциально это дает возможность иметь системы, которые не требуют вмешательства, такого как эндоскопия или хирургическая процедура удаления устройств».

Траверсо — старший автор исследования, опубликованного в журнале Advanced Materials. Вивиан Фейг, постдок Массачусетского технологического института, является ведущим автором статьи.

Разрушение металлов

В течение нескольких лет лаборатория Траверсо работала над устройствами для приема внутрь, которые могли бы оставаться в пищеварительном тракте в течение нескольких дней или недель, высвобождая лекарства по определенному графику.

Большинство этих устройств изготовлены из полимеров, но в последнее время исследователи изучают возможность использования металлов, которые являются более прочными и долговечными. Однако одной из проблем доставки металлических устройств является поиск способа их удаления, когда они больше не нужны.

Чтобы создать устройства, которые можно было бы сломать по требованию внутри тела, команда MIT черпала вдохновение из явления, известного как охрупчивание жидкого металла. Этот процесс хорошо изучен как источник разрушения металлических конструкций, в том числе изготовленных из цинка и нержавеющей стали.

«Известно, что определенные комбинации жидких металлов могут проникать в границы зерен твердых металлов и вызывать их резкое ослабление и разрушение», — говорит Фейг. «Мы хотели посмотреть, сможем ли мы продуктивно использовать этот известный механизм отказа для создания этих биомедицинских устройств».

Одним из типов жидкого металла, который может вызвать охрупчивание, является галлий. Для этого исследования исследователи использовали эвтектический галлий-индий, сплав галлия, который ученые исследовали для различных применений в биомедицине, а также в энергетике и гибкой электронике.

Для самих устройств исследователи решили использовать алюминий, который, как известно, подвержен охрупчиванию под воздействием галлия.

Галлий ослабляет твердые металлы, такие как алюминий, двумя способами. Во-первых, он может диффундировать через границы зерен металла — границы между кристаллами, из которых состоит металл, — вызывая откалывание кусков металла. Команда Массачусетского технологического института показала, что они могут использовать это явление, создавая металлы с различными типами зеренной структуры, позволяющей металлам разбиваться на мелкие кусочки или разрушаться в определенной точке.

Галлий также предотвращает образование защитного оксидного слоя алюминия на его поверхности, что увеличивает воздействие воды на металл и усиливает его деградацию.