مواد و ساخت پیشرفته

هیدروژل‌ها بیومواد همه‌کاره‌ای هستند که در حال فتح تعداد فزاینده‌ای از حوزه‌های زیست‌پزشکی هستند. آنها متشکل از شبکه‌های مولکولی متورم شده از آب‌اند که می‌توانند برای تقلید از ویژگی‌های مکانیکی و شیمیایی اندام‌ها و بافت‌های مختلف طراحی شوند و قادرند در داخل بدن و سطوح بیرونی آن بدون ایجاد آسیب حتی به ظریف‌ترین قسمت‌های آناتومی انسان به هم متصل شوند.

در حال حاضر هیدروژل‌ها در عمل بالینی برای تحویل درمانی داروها برای مبارزه با پاتوژن‌ها استفاده می‌شوند. به عنوان مثال در لنزهای داخل چشمی و تماسی و پروتزهای قرنیه در چشم پزشکی. سیمان استخوان، پانسمان زخم، باند انعقاد خون و داربست‌های سه‌بعدی در مهندسی بافت و بازسازی کارایی دارند. با این حال، اتصال سریع و قوی پلیمرهای هیدروژل به یکدیگر یک نیاز برآورده نشده باقیمانده است زیرا روش‌های سنتی زمان‌بر اغلب منجر به چسبندگی ضعیف‌تر از حد مطلوب می‌شوند و بر رویه‌های پیچیده متکی هستند.

دستیابی به چسبندگی سریع پلیمرها می‌تواند کاربردهای جدید متعددی را امکان‌پذیر کند، برای مثال هیدروژل‌هایی که می‌توان سفتی آنها را به‌خوبی تنظیم کرد تا با بافت‌های خاص مطابقت داشته باشد، کپسوله‌سازی الکترونیکی انعطاف‌پذیر بر حسب تقاضا برای تشخیص‌های پزشکی، یا ایجاد پوشش‌های بافتی خود چسبنده برای قسمت‌هایی از بدن که به سختی بانداژ می‌شوند.

اکنون، دانشمندان مؤسسه مهندسی بیولوژیکی وویس در دانشگاه هاروارد و دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد جان یک روش ساده و همه فن حریف برای اتصال فوری و موثر لایه‌های ساخته شده از انواع مشابه یا متفاوت ایجاد کرده‌اند. هیدروژل‌ها و سایر مواد پلیمری، با استفاده از یک لایه نازک کیتوزان: یک ماده فیبری بر پایه قند که از اسکلت‌های بیرونی پردازش شده صدف‌ها به دست می‌آید به هم متصل می‌شوند.

محققان با موفقیت رویکرد جدید خود را برای چندین مشکل پزشکی حل‌نشده از جمله خنک‌سازی محافظ موضعی بافت‌ها، مهر و موم کردن آسیب‌های عروقی و جلوگیری از "چسبندگی‌های جراحی" ناخواسته سطوح داخلی بدن که نباید به یکدیگر بچسبند، به کار بردند. این یافته ها در ژورنال Proceedings of the National Academy of Science منتشر شده است. دیوید مونی، نویسنده ارشد مقاله این تحقیق گفت: فیلم‌های کیتوزان با توانایی‌های خود برای جمع‌آوری، تنظیم دقیق و محافظت از هیدروژل‌ها در بدن و فراتر از آن، فرصت‌های جدیدی را برای ایجاد دستگاه‌هایی برای پزشکی احیاکننده و مراقبت‌های جراحی ایجاد می‌کنند.

مونی می‌گوید سرعت، سهولت و کارایی که می‌توان آنها را به کار برد، آنها را به ابزارها و اجزای بسیار همه‌کاره‌ای برای فرآیندهای مونتاژ درون بدنی در پنجره‌های زمانی کوتاه در طول جراحی‌ها و ساخت ساده ساختارهای زیست‌مواد پیچیده در تأسیسات تولید تبدیل می‌کند. این تیم دریافت که فیلم‌های کیتوزان از طریق فعل و انفعالات شیمیایی و فیزیکی که با روش‌های پیوند هیدروژل سنتی متفاوت است، به پیوند سریع و قوی هیدروژل‌ها منجر می‌گردند.

رشته های قند کیتوزان به جای ایجاد پیوندهای شیمیایی جدید بر اساس اشتراک الکترون‌ها بین اتم‌های منفرد (پیوندهای کووالانسی)، ناشی از یک جابجایی کوچک در پی‌اچ، به سرعت آب موجود در بین لایه‌های هیدروژل را جذب می‌کنند و خود را با پایه‌های پلیمری هیدروژل‌ها درهم می‌بندند. این امر منجر به نیروهای چسبندگی بین هیدروژل‌ها می‌شود که به طور قابل‌توجهی بیشتر از نیروهای ایجاد شده از طریق روش‌های پیوند هیدروژل سنتی است.

محققان برای نشان دادن وسعت پتانسیل روش جدید خود، بر چالش‌های پزشکی بسیار متفاوتی تمرکز کردند. آنها نشان دادند که چسب‌های سخت اصلاح‌شده با لایه‌های کیتوزان اکنون می‌توانند به راحتی در اطراف اشکال استوانه‌ای مانند انگشت آسیب‌دیده به‌عنوان باندهای خود چسبنده پیچیده شوند تا مراقبت بهتری از زخم ارائه دهند. با توجه به محتوای بالای آب هیدروژل‌های پیوندی با کیتوزان، استفاده از آنها همچنین اجازه خنک شدن موضعی پوست زیرین انسان را می‌دهد که در آینده می‌تواند به درمان‌های جایگزین سوختگی منجر شود.

منبع