Smarta suturer som upptäcker infektioner

Kirurgiska suturer är inte längre tanklösa trådar. Forskare har nu belagt dem med sensorer som kan övervaka sår och påskynda läkningen.

De elektroniska suturerna, som innehåller ultratunna kiselsensorer integrerade på polymer- eller sidenremsor, kan träs genom nålar, och i djurförsök kunde forskare snöra dem genom huden, dra åt dem och knyta ihop dem utan att försämra enheterna.

Suturerna kan exakt mäta temperatur - förhöjda temperaturer indikerar infektion - och leverera värme till ett sårställe, vilket är känt för att hjälpa till med läkning. Och John Rogers , professor i materialvetenskap och ingenjörskonst vid University of Illinois i Urbana-Champaign och uppfinnare av de smarta suturerna, föreställer sig att de också kan laddas med enheter som ger elektrisk stimulering för att läka sår. I slutändan skulle det mest värdefulla vara när man kan frigöra droger från dem på ett programmerat sätt, säger han. Forskarna kunde göra det genom att belägga de elektroniska trådarna med läkemedelsinfunderade polymerer, som skulle frigöra kemikalierna när de utlöses av värme eller en elektrisk puls.

De smarta suturerna, rapporterade online i journalen Små , lita på silikonbaserade enheter som flexar och sträcker sig. Rogers och hans kollegor tillverkar enheterna med kiselmembran och guldelektroder och ledningar som bara är några hundra nanometer tjocka och mönstrade i en serpentinform. Tekniken, som de också har använt i uppblåsbara katetrar och medicinska tatueringar (se Stick-On Electronic Tattoos ), kommersialiseras av MC10, en Cambridge, Massachusetts-baserad startup Rogers var med och grundade (se Making Stretchable Electronics ).

Forskarna använder först kemikalier för att skära av en ultratunn film av kisel från en kiselskiva. Med en gummistämpel lyfter de av och överför nanomembranen till polymer- eller sidenremsor. Sedan lägger de metallelektroder och ledningar ovanpå och kapslar in hela enheten i en epoxibeläggning.

De har byggt två typer av temperatursensorer på suturerna. Den ena är en kiseldiod som skiftar sin strömutgång med temperaturen; det andra, ett nanomembranmotstånd av platina, ändrar sitt motstånd med temperaturen. Under tiden är mikrovärmarna helt enkelt guldtrådar som värms upp när ström passerar genom dem.

Alla material som används i enheterna är säkra för användning i kroppen, och den största utmaningen var att göra suturerna flexibla, säger Rogers. Kisel är sprött, så att göra nanomembranen så tunna som möjligt och lägga ut dem i ett slingrande mönster var nyckeln till elasticiteten. Att placera kislet halvvägs mellan de övre epoxi- och bottenpolymerytorna på suturen är också avgörande. När man böjer hela konstruktionen är toppytan i spänning och botten i kompression, men i mitten är töjningarna väldigt små, säger han.

Forskarna har testat suturernas mekaniska flexibilitet och seghet på snitt i råtthud, men de har ännu inte testat temperaturavkänning och uppvärmningsförmåga hos djur. De arbetar också med att göra enheterna trådlösa.

Dölj