從昆蟲翅膀獲靈感 美國研發植入物智能抗菌涂層

隨著人口老齡化，骨科植入物應用漸多，患者會面臨一定程度的植入物周圍感染和器械故障風險。美國研究機構從蜻蜓和蟬的翅膀獲得靈感，研發出一種智能涂層，兼容現有商用骨科植入物，既可降低細菌感染風險，又能預警植入物故障。

2019年8月1日，在緬甸仰光，一只蜻蜓停在一朵含苞待放的荷花上。新華社發（吳昂攝）

伊利諾伊大學厄巴納-尚佩恩分校研究人員在美國《科學進展》雜志5日刊載的論文中介紹，他們從蟬和蜻蜓的“天然抗菌翅膀”中獲得靈感，制造出一種非常薄的涂層。它的一面是模仿昆蟲翅膀表面的一排排納米柱，可穿透細胞膜殺死微生物。與抗生素涂層相比，這種涂層不會直接釋放任何化學物質，從而避免產生耐藥性或毒副作用。

涂層的另一面，即與植入物接觸的那一面是高靈敏度的柔性電子傳感器陣列，可監測壓力變化。依據研究人員說法，這種傳感器陣列不僅有助于醫生監測患者康復進展，還能在植入物發生故障前發出預警，提醒及時修復或更換。

依據研究人員說法，感染和器械故障是骨科植入物常見的兩種風險。其中，植入物周圍感染會影響1%至10%的手術患者，是骨科手術早期失敗的最常見原因。還有超過10%的患者會出現由植入物故障引發的并發癥，而這些并發癥目前主要通過X射線或骨掃描成像診斷，檢測手段滯后且靈敏度有限。相比之下，新研發的智能涂層能夠直接實時監測植入物變化，為早期診斷和干預提供依據。

為測試原型裝置，研究人員在老鼠體內植入涂層，發現它在抗菌方面表現良好，且具有長期穩定性，同時能夠防止體液滲透，具有較好的應變傳感能力。他們還在脊柱植入物表面使用這種涂層，然后植入綿羊體內，確認它在故障診斷方面也發揮出色。

目前這種原型裝置需要連接電線。研究人員說，他們下一步計劃開發出無線電源和數據通信接口，這是臨床應用的關鍵一步。與此同時，研究人員致力于實現納米柱結構殺菌涂層的大規模生產。