Пошкодження шкіри неминуче, а рани, викликані хронічними захворюваннями, часто вимагають тривалого відновлення. Хронічне загоєння ран може призвести до серйозних ускладнень, таких як бактеріальна інфекція та кровотеча. Коли традиційні ранові пов’язки (марля та гідрогель тощо) використовуються для лікування хронічних ран, є деякі недоліки, такі як неконтрольоване вивільнення ліків, адгезія з рановою тканиною та єдина функція. Щоб вирішити ці проблеми, були активізовані дослідження ранових пов’язок з багатофункціональним і контрольованим вивільненням ліків. Серед них пластир з мікроголкою (MN) демонструє великий потенціал у створенні багатофункціональних пов’язок для інтелектуального лікування ран. Пластир MN може проникати через шкіру, не досягаючи нервів і кровоносних судин, що забезпечує мінімально інвазивне введення. Крім того, контрольованого вивільнення ліків можна досягти за допомогою матеріалів, що реагують на стимули, для інкапсуляції молекул ліків у голці.

Схематична схема мікроголкових пов’язок із зубом акули для інтелектуального лікування ран

Натхненна будовою зубів акули, команда з Нанкінського технологічного університету повідомила про мікроголковий пластир для інтелектуального лікування ран. Пов’язки MN, що містять узорчасті канали, були скопійовані з негативних полідиметилсилоксанових (PDMS) форм, виготовлених лазером. Біонічна структура дозволяє пластиру з мікроголками мати стабільну адгезію під час тривалого відновлення хронічних ран. Контрольована система доставки лікарських засобів може бути створена на мікроголкових пластирах з використанням пористої впорядкованої структури та термочутливого гідрогелю. Мікрофлюїдні канали, що складаються з масивів мікроголок і пористих упорядкованих структур, дозволяють аналізувати численні фактори запалення в мікроголках. Крім того, електроніка MXene нанесена на накладку з мікроголками для чутливого моніторингу руху.

Підготовка візерункового MN пластиру зі структурою зуба акули

Гідрогель N-ізопропілакриламіду (NIPAM), що реагує на температуру, використовувався для створення інтелектуальної системи доставки ліків на пластирі MN. Пориста структура IO PC була введена на поверхню мікроголки для підвищення її здатності зберігати ліки. Коли відбувається інфікування, температура в області рани може досягати 39.4 °C. Підвищення температури в області рани призводить до того, що реагуючий на температуру гідрогель NIPAM скорочується, вивільняючи інкапсульовані терапевтичні препарати. Крім того, багатофункціональні пластирі MN вимагають високого ступеня інтеграції різних функціональних компонентів (мікроголок, мікрофлюїдних каналів та електродів) у повний пластир. Дослідники виготовили двосторонній пластир MN, використовуючи просту техніку складання, причому одна сторона містить мікроголки з препаратом і мікрофлюїдні канали для медикаментозної терапії та біохімічного аналізу, а інша сторона містить гнучкий електрод для визначення руху.

Інтеграція мікрофлюїдики та електроніки для патча MN

Щоб перевірити здатність пов’язки MN до біохімічного аналізу, лактат і кальпротектин, що містяться у зразку, аналізували за допомогою пов’язки MN. Концентрація біомаркерів визначається інтенсивністю флуоресценції області виявлення. Інтенсивність флуоресценції молочної кислоти лінійно корелювала з діапазоном концентрацій від 0 до 350 ммоль/л. Інтенсивність флуоресценції та концентрація кальпротектину лінійно корелювали від 0 до 300 мг/л. Ці результати свідчать про те, що пов’язки MN здатні проводити біохімічний аналіз. Щоб надати пов’язці MN здатність відчувати рух, у пов’язку інтегровано схему на основі MXene. Пов'язки накладалися на пальці, зап'ястки, лікті та коліна добровольців, потім згиналися під різними кутами і реєструвалися відповідні зміни опору. Результати показали, що пов'язка МН мала високу чутливість сприйняття рухів. Щоб перевірити здатність пов’язок MN сприяти відновленню ран, пов’язки MN, які використовувалися в експериментах на тваринах, інкапсулювали людським епідермальним фактором росту (hEGF). Результати показали, що MN пов'язка, що містить hEGF, показала кращу здатність до відновлення.

Застосування MN пов'язки в датчиках руху

Результати пов’язаних досліджень були опубліковані в ACS Nano під назвою «Пов’язка мікроголкою на основі акулячого зуба для інтелектуального лікування ран».