科学家发明冷等离子喷射敷料 专注于慢性伤口治疗

科学家发明冷等离子喷射敷料 专注于慢性伤口治疗 为此，南澳大利亚大学（Uni SA）的研究人员研究了一种控制感染和促进愈合的新技术：一种由冷等离子电离气体激活的水凝胶。该研究的通讯作者 Endre Szili 说："抗生素和银敷料常用于治疗慢性伤口，但两者都有缺点。抗生素的抗药性不断增加是一个全球性挑战，银引起的毒性也令人十分担忧。在欧洲，银敷料正逐渐被淘汰。"以前的研究已经证明了使用冷等离子电离气体促进伤口愈合的好处，即减少细菌负荷，并通过激活环境空气中的氧分子和氮分子产生活性氧和氮物种（RONS）。到目前为止，水凝胶在涂抹到伤口上之前已被等离子体产生的 RONS 所负载，但这一过程并不完美。"尽管最近在使用等离子活化水凝胶疗法（PAHT）方面取得了令人鼓舞的成果，但我们在为水凝胶加载临床使用所需的足够浓度的 RONS 方面仍面临挑战，"Szili 说。"我们采用了一种新的电化学方法来增强水凝胶的活化，从而克服了这一障碍。"研究人员使用聚乙烯醇（PVA）制作了水凝胶，因为这种凝胶已被广泛批准用于医疗保健领域，而且具有出色的机械和生物相容性。用氦等离子喷射器处理 PVA 水凝胶，使其活化，产生 RONS。8% 的 PVA 水凝胶被确定为 PAHT 敷料的最佳选择，因为它可以很容易地被等离子体产生的 RONS 激活，同时保持其结构完整性、保形性和膨胀能力。研究人员将水凝胶置于铝板上方，使等离子体羽流在处理过程中与水凝胶保持接触，然后比较了两种技术，以了解是否可以通过电化学方法提高 RONS 的产生：一种是通过断开铝板与接地导线的连接使水凝胶保持"浮动电位"，另一种是将水凝胶"接地"。a)"浮动电位"和 b)"接地"配置下处理过程中的等离子射流照片 萨布林等人将等离子处理过的水凝胶培养三小时，研究过氧化氢（H2O2）和氧化亚氮（NO2-）的释放情况，这两种物质分别被用作总活性氧（ROS）和活性氮（RNS）的标记。研究人员发现，在等离子处理过程中将水凝胶接地可显著提高H2O2的产生，而在处理过程中对凝胶进行水合处理可进一步提高H2O2的产生。此外，等离子射流-水凝胶界面的湿度与H2O2生成的增加密切相关。至于 NO2-，接地增加了湿度的产生，而水合的影响可以忽略不计。在体外实验中，这种水凝胶能非常有效地控制大肠杆菌和绿脓杆菌的生长，而这两种细菌是糖尿病足溃疡中常见的细菌。研究人员表示，虽然这项研究的重点是糖尿病伤口，但该技术可用于治疗所有慢性伤口和内部感染。Szili说："我们的PAHT技术的一大优势是，它可用于治疗所有伤口。这是一种环保安全的治疗方法，它利用空气和水中的天然成分来制造活性成分，活性成分会降解为无毒和生物兼容的成分"。下一步是进行临床试验，以优化电化学技术，用于治疗人类患者。今后，研究人员将研究如何利用这项技术，通过激活注入人体的水凝胶中的药物来治疗癌症肿瘤。Szili说："活性成分可以长期输送，改善治疗效果，并有更大的机会穿透肿瘤。血浆在医疗领域有着巨大的潜力，而这只是冰山一角。"这项研究发表在《先进功能材料》杂志上。 ... PC版： 手机版：

哈佛大学开发的水凝胶粘合方法有望带来新型生物材料解决方案

哈佛大学开发的水凝胶粘合方法有望带来新型生物材料解决方案 这幅插图重点展示了两种水凝胶（蓝色显示）如何通过壳聚糖薄膜（橙色显示）以不同方式结合在一起。形成的粘结异常牢固，可以抵抗高张力。资料来源：Peter Allen、Ryan Allen 和 James C. Weaver。在临床实践中，水凝胶已被用于抗病原体的治疗性给药，眼科中的眼内镜、隐形眼镜和角膜假体，组织工程和再生中的骨水泥、伤口敷料、凝血绷带和三维支架。然而，水凝胶聚合物之间的快速强力粘附仍是一项尚未解决的需求，因为传统方法往往会在粘附时间超过预期后导致粘附力减弱，而且依赖于复杂的程序。实现聚合物的快速粘合可以带来许多新的应用，例如，可以对水凝胶的硬度进行微调，使其更好地贴合特定组织；按需封装用于医疗诊断的柔性电子器件；或为身体难以包扎的部位制作自粘性组织包裹。现在，哈佛大学维斯生物启发工程研究所（Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering）和哈佛大学约翰-保尔森工程与应用科学学院（John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences，SEAS）的科学家们利用壳聚糖薄膜创造出了一种简单而多用途的方法，可以立即有效地粘合由相同或不同类型的水凝胶和其他聚合物材料制成的层。他们成功地将新方法应用于几个尚未解决的医学问题，包括组织的局部保护性冷却、血管损伤的密封，以及防止本不应相互粘连的身体内部表面发生不必要的"手术粘连"。研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。"壳聚糖薄膜具有在体内和体外有效组装、微调和保护水凝胶的能力，为创造再生医学和外科护理设备提供了许多新机会，"该研究的资深作者、Wyss 研究所创始核心成员 David Mooney 博士说，"壳聚糖薄膜的应用速度快、简便、有效，使其成为用途广泛的工具和组件，可在手术过程中通常很短的时间内完成体内组装过程，并可在制造设施中简单地制造复杂的生物材料结构。"穆尼还是 SEAS 的罗伯特-平卡斯家族生物工程学教授。工程学的新纽带过去几年来，穆尼在威斯研究所和SEAS的团队开发出了"强韧粘合剂"，这是一系列再生医学方法，使用可拉伸水凝胶，通过强力粘附在湿组织表面并符合组织的机械特性，促进伤口愈合和组织再生。"精确配制的韧性粘合剂和非粘性水凝胶为我们和其他研究人员提供了改善病人护理的新机会。但是，为了将它们的功能更进一步甚至更多步，我们希望能够将两种或更多水凝胶组合成更复杂的组合体，并以简单的过程快速、安全地实现这一目标，"共同第一作者、前 Wyss 研究助理 Benjamin Freedman 博士说，他与穆尼一起带头开发了几种强韧粘合剂。现有的即时粘合水凝胶或弹性体的方法有明显的缺点，因为它们依赖于有毒胶水、表面化学功能化或其他复杂的程序。通过生物材料筛选方法，研究小组确定了完全由壳聚糖制成的桥接薄膜。壳聚糖是一种含糖聚合物，可以很容易地从贝类的甲壳素外壳中提取出来，目前已被广泛应用于商业领域。例如，它目前被用于处理种子和农业生物杀虫剂、防止酿酒过程中的腐败、自愈合涂料以及医疗伤口管理。研究小组发现，壳聚糖薄膜通过与传统水凝胶粘合方法不同的化学和物理相互作用，实现了水凝胶快速而牢固的粘合。壳聚糖的糖链不是通过单个原子之间的电子共享（共价键）来产生新的化学键，而是通过静电作用和氢键（非共价键）迅速吸收水凝胶层之间的水分，并与水凝胶的聚合物支架缠结在一起，形成多个键。这使得水凝胶之间的粘合力大大超过传统的水凝胶粘合方法。首次应用为了证明他们的新方法具有广泛的潜力，研究人员把重点放在了非常不同的医疗挑战上。他们的研究表明，用壳聚糖薄膜改性的韧性粘合剂现在可以很容易地缠绕在受伤手指等圆柱形物体上，作为自粘绷带提供更好的伤口护理。由于壳聚糖键合水凝胶的含水量高，因此应用这种水凝胶还可以局部冷却下层人体皮肤，这在未来可能会成为烧伤治疗的替代疗法。研究人员还将表面经过壳聚糖薄膜修饰的水凝胶（坚韧的凝胶）无缝地包裹在肠道、肌腱和周围神经组织上，而不与组织本身粘合。"这种方法为在手术过程中有效隔离组织提供了可能，否则会形成'纤维粘连'，有时会造成破坏性后果。"Freedman 解释说："预防纤维粘连是一项尚未满足的临床需求，而商业技术还无法充分满足这一需求。"在另一项应用中，他们在一种坚韧的凝胶上铺设了一层薄薄的壳聚糖薄膜，这种凝胶已经作为伤口密封剂置于受伤的猪主动脉上，以增加绷带的整体强度，因为绷带暴露在血管中血液搏动的周期性机械力之下。"戴夫-穆尼研究小组的这项研究为生物医学水凝胶设备的工程设计增添了一个新的维度，它可以为再生医学和外科医学中尚未解决的紧迫问题提供优雅的解决方案，让许多病人从中受益，"Wyss 创始董事、医学博士唐纳德-英格伯（Donald Ingber）说，他同时也是哈佛医学院和波士顿儿童医院血管生物学朱达-福克曼（Judah Folkman）教授和 SEAS 生物启发工程汉斯约格-威斯（Hansjörg Wyss）教授。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

创新纳米凝胶被证明可有效治疗脊髓损伤

创新纳米凝胶被证明可有效治疗脊髓损伤 当前治疗方法面临的挑战目前可用于调节急性脊髓损伤后由控制大脑内部环境的成分介导的炎症反应的治疗方法疗效有限。这也是因为缺乏一种能选择性地作用于小胶质细胞和星形胶质细胞的治疗方法。纳米凝胶中枢神经系统选择性药物治疗方案。资料来源：米兰理工大学马里奥-内格里研究所纳米凝胶的开发与功效米兰理工大学开发的纳米载体被称为纳米凝胶，由能与特定目标分子结合的聚合物组成。在这种情况下，纳米凝胶被设计成与神经胶质细胞结合，而神经胶质细胞在急性脊髓损伤后的炎症反应中至关重要。马里奥-内格里医学研究所（Istituto di Ricerche Farmacologiche Mario Negri IRCCS）和米兰理工大学（Politecnico di Milano）的合作表明，纳米凝胶含有一种具有抗炎作用的药物（罗利普兰），能够将神经胶质细胞从损伤状态转变为保护状态，积极促进受伤组织的恢复。研究表明，纳米凝胶对神经胶质细胞具有选择性作用，能有针对性地释放药物，最大限度地发挥药效，并减少可能出现的副作用。见解和未来方向米兰理工大学化学、材料与化学工程系'Giulio Natta'教授菲利波-罗西（Filippo Rossi）解释说："这项研究的关键在于了解能够在特定细胞群中选择性靶向纳米凝胶的功能基团。这使得通过减少不必要的影响来优化药物治疗成为可能。"马里奥-内格里研究所神经科学系急性脊髓创伤和再生组组长皮埃特罗-维利亚内塞继续说："研究结果表明，纳米凝胶减少了炎症，提高了脊髓损伤动物模型的恢复能力，部分恢复了运动功能。这些结果为骨髓溶解症患者开辟了新的治疗途径。此外，这种方法还可能有益于治疗阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病，因为炎症和神经胶质细胞在这些疾病中发挥着重要作用。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

从木浆中提取的新型水凝胶有望用来修补破碎的心脏组织

从木浆中提取的新型水凝胶有望用来修补破碎的心脏组织 普林斯说："癌症是一种多种多样的疾病，两名患有相同类型癌症的患者对同一种治疗方法的反应往往大相径庭。肿瘤器官组织本质上是患者肿瘤的微型化，可用于药物测试，这可以让研究人员为特定患者开发个性化疗法"。作为普林斯聚合物材料实验室的主任，普林斯为生物医学应用设计合成仿生物水凝胶。这些水凝胶具有纳米纤维结构，并有大孔用于营养物质和废物的运输，从而影响机械性能和细胞相互作用。滑铁卢大学化学工程系教授普林斯利用这些人体组织模拟水凝胶促进了来自捐赠肿瘤组织的小规模肿瘤复制品的生长。她的目标是在对患者进行治疗之前，在微型肿瘤器官组织上测试癌症治疗的有效性，从而有可能实现个性化的癌症治疗。这项研究是与玛格丽特公主癌症中心的戴维-塞斯康（David Cescon）教授合作进行的。滑铁卢大学的普林斯研究小组正在开发类似的生物仿生水凝胶，以用于注射给药和再生医学应用，滑铁卢大学的研究人员将继续引领加拿大的健康创新。她的研究旨在利用注入的丝状水凝胶材料重新生长心脏病发作后受损的心脏组织。她利用纳米纤维作为支架，促进受损心脏组织的再生和愈合。普林斯说："我们正在我博士期间开始的工作的基础上设计人体组织仿生水凝胶，这种水凝胶可以注入人体，在病人心脏病发作时输送治疗药物并修复对心脏造成的损伤。"Prince 的研究是独一无二的，因为目前用于组织工程或三维细胞培养的大多数凝胶都不具备这种纳米纤维结构。普林斯的研究小组使用纳米粒子和聚合物作为材料的构件，并开发出了能准确模拟人体组织的纳米结构化学。普林斯研究的下一步是利用导电纳米粒子制造导电纳米纤维凝胶，用于治疗心脏和骨骼肌组织。这项创新有望推动再生医学和个性化疗法的发展，为健康创新做出重大贡献。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员使用可再生纤维素和一种常见的厨房原料魔芋胶，作为主要的亲水骨架。胶质的开孔结构加速了捕获水分的过程。设计里的另一种成分加

研究人员使用可再生纤维素和一种常见的厨房原料魔芋胶，作为主要的亲水骨架。胶质的开孔结构加速了捕获水分的过程。设计里的另一种成分加热时具有疏水作用的热反应纤维素，有助于立即释放收集到的水，从而把产水所需的能量输入降到了最低。 其他团队从沙漠空气中提取水的尝试往往又费能、产量又小。而且，尽管 6 升听起来不多，但研究人员说，创造更厚的薄膜或吸水床或优化的阵列可以大幅增加其产水量。 论文的主要作者、于桂华实验室的前博士生、现在是 MIT 的博士后郭友宏（音）说：「这非常简单，不需要你有个高级学位才能制造。任何人只要有材料，就可以在家里制造它」。 这种薄膜是柔性的，可以根据用户的需要塑造成各种形状和尺寸。制作这种薄膜只需要凝胶前体，其中包括倒入模具的所有相关成分。 「凝胶需要 2 分钟就能简单凝固。然后，它只需要被冻干，就可以从模具上剥离，之后立即使用」，于桂华团队的一名博士生、这项工作的首席研究员 关伟新（音）说。

新型涂层可去除水垢 提高火力发电厂效率

新型涂层可去除水垢 提高火力发电厂效率 水垢积聚在家中固然令人烦恼，但对火力发电厂的影响更大。这些发电厂使用锅炉加热水，产生高压蒸汽，驱动涡轮机产生机械能，再由发电机转换成电能。工业热交换器和膜很容易结垢，由于热传导和流动性能效率降低，每年造成的能源损失巨大，至少占全球能源总产量的 2%。为了解决这个问题，瑞士苏黎世联邦理工学院和美国加州大学伯克利分校的研究人员合作开发了一种创新的水凝胶表面涂层，可以驱除水垢并防止其附着。研究人员首先在显微镜下观察了单个水垢晶体和周围的水流，以了解晶体如何在动态水环境中沉积和附着。然后，他们着手用软材料开发了几种涂层，并在实验室中进行了测试。研究人员主要对不同的聚合物含量进行了实验，结果发现，聚合物含量越低、含水量越高，碳酸钙晶体在表面的附着力就越差。研究人员的设计灵感来源于大自然，特别是鲨鱼皮肤上的脊，这种脊会使微生物很难附着。使用聚苯乙烯制成的模型颗粒进行的测试表明，表面脊必须比沉积在上面的颗粒小，这样才能减小接触面，从而减小产生的粘合力。该研究的第一作者朱利安-施密德（Julian Schmid）说："我们改变了材料的表面，以达到最高效率，然后以最佳结构尺寸进行晶体实验。"电子显微镜下看到的与脊状水凝胶表面涂层接触的微米级水垢晶体 Julian Schmid/ETH Zurich在水垢晶体实验过程中研究人员发现，当水流过柔软的水凝胶涂层表面时，多达 98% 大小约为 10 微米的晶体被清除。在相同条件下，这比使用未经处理的硬质基底要好 66%。目前，有时使用有毒化学品来清除热交换器和膜上的水垢。研究人员说，他们的新型表面涂层比目前的方法更环保、更高效。此外，他们还希望他们的解决方案可以推广。研究人员没有为他们的方法申请专利，而是决定公布他们的研究结果，以便其他有关方面使用和进一步开发这种新型涂层。这项研究发表在《科学进展》杂志上。 ... PC版： 手机版：