電子繃帶和可生物降解的電子植入物可以預(yù)防感染并加速康復(fù)

電能幫助心臟跳動(dòng)、肌肉抽動(dòng)，以及身體與大腦交流。現(xiàn)在科學(xué)家們?cè)絹碓蕉嗟乩秒妬泶龠M(jìn)治療。以前的發(fā)明通常體積龐大，而新型“電子療法”裝置則更容易佩戴，有些甚至可以在體內(nèi)生物降解。有朝一日，以下的這些設(shè)計(jì)可能會(huì)幫助患者康復(fù)。

可生物降解的植入物

研究發(fā)現(xiàn)，電場可以加速受損神經(jīng)的修復(fù)，大概是通過觸發(fā)神經(jīng)元和附近細(xì)胞釋放出可使神經(jīng)再生的化學(xué)物質(zhì)實(shí)現(xiàn)的。來自伊利諾伊州埃文斯頓市西北大學(xué)的材料科學(xué)家約翰?羅杰斯（John Rogers）說，這種療法目前僅在外科手術(shù)中應(yīng)用。

現(xiàn)在，羅杰斯和他的同事們已經(jīng)研制出一種可生物降解的植入物，它能連續(xù)地向神經(jīng)傳遞電脈沖，不再需要時(shí)，它就會(huì)分解。這個(gè)裝置的寬度大約等于一枚硬幣的直徑，厚度和紙差不多，非常柔韌，可以包裹住受傷的神經(jīng)。它由體外發(fā)射器進(jìn)行無線控制和供電，可以對(duì)神經(jīng)進(jìn)行兩周左右的電刺激，然后被身體吸收。

在對(duì)損傷了坐骨神經(jīng)（該神經(jīng)控制小腿和腳的肌腱和肌肉）的大鼠進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，這些裝置每天提供1小時(shí)的電刺激，持續(xù)1天、3天或6天。科學(xué)家對(duì)大鼠進(jìn)行了為期10周的監(jiān)測后發(fā)現(xiàn)，大鼠受到的刺激越多，大鼠神經(jīng)信號(hào)傳遞功能和肌肉力量恢復(fù)就越快、越徹底。研究人員注意到，該裝置在使用和吸收過程中都沒有產(chǎn)生副作用。

科學(xué)家們現(xiàn)在計(jì)劃在更大的動(dòng)物身上測試他們的植入物，這是為了將來能對(duì)人類進(jìn)行測試。他們還想看看對(duì)受傷神經(jīng)進(jìn)行更長時(shí)間的刺激是否能產(chǎn)生更多益處。

電子繃帶

身體在愈合過程中會(huì)自然地產(chǎn)生電場。威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的材料科學(xué)家王旭東說：“一旦有了傷口，細(xì)胞會(huì)推動(dòng)離子通過細(xì)胞膜，產(chǎn)生電場。”這有助于細(xì)胞沿傷口方向排列和生長。

了解這一點(diǎn)后，王旭東和他的同事們發(fā)明了一種可以將病人身體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的繃帶。他說：“我們希望能用這個(gè)電場來模擬自然的電場。”

具體來說，繃帶依賴于“摩擦起電”的自然現(xiàn)象，這是產(chǎn)生靜電的最常見原因。當(dāng)兩種物質(zhì)反復(fù)接觸然后分離，其中一種物質(zhì)的表面會(huì)從另一種物質(zhì)中竊取電子，這就是腳在地毯上摩擦?xí)a(chǎn)生電荷的原因。

繃帶由特氟龍材料制成，在一個(gè)鍍銅的塑料層上來回滑動(dòng)。用繃帶纏繞大鼠的軀干，每當(dāng)大鼠呼吸時(shí)，繃帶都會(huì)產(chǎn)生電脈沖，并將切口愈合所需的時(shí)間從12天的自然愈合期縮短至3天。

多年來，科學(xué)家們一直知道電可以幫助皮膚修復(fù)，但如今大多數(shù)電療設(shè)備的電擊都很強(qiáng)。王旭東說，這種新型繃帶的脈沖較為溫和，活性氧（這類化學(xué)物質(zhì)可能對(duì)組織造成傷害）的產(chǎn)生減少為原先的1/5。

王旭東表示，這種繃帶是由相對(duì)普通的材料制成的，制作起來很簡單，這暗示著它們應(yīng)該不會(huì)比普通繃帶貴太多。科學(xué)家們現(xiàn)在計(jì)劃在豬皮上測試他們的設(shè)備，因?yàn)樨i皮更近似人體組織，他補(bǔ)充道。

打敗細(xì)菌

高達(dá)80%的傷口感染都涉及微生物，微生物形成了被稱為“生物膜”的黏狀堡壘，保護(hù)細(xì)菌不受抗生素和身體自然防御系統(tǒng)的打擊。電子繃帶能夠?qū)股锬じ腥荆X丹?森（Chandan Sen）說。他在擔(dān)任俄亥俄州立大學(xué)再生醫(yī)學(xué)和細(xì)胞療法中心主任時(shí)發(fā)明了這樣一種繃帶。此前，科學(xué)家們?cè)鴩L試用藥物來阻止生物膜形成，但細(xì)菌很快就進(jìn)化出了抵抗這些藥物的能力。（8月，森成為印第安納大學(xué)一家新的再生醫(yī)學(xué)中心的主任。）

森和他的同事們發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌極度依賴電荷來附著在組織表面上進(jìn)行交流。森說：“細(xì)菌有一個(gè)電子生態(tài)系統(tǒng)，如果你擾亂這個(gè)系統(tǒng)，它們就失去了彼此粘附和交流的能力。”

森的研究小組研制出一種含有銀和鋅的繃帶，當(dāng)被汗或血等體液弄濕時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生微弱的電場。在對(duì)有燒傷創(chuàng)口的豬開展的試驗(yàn)中，科學(xué)家用細(xì)菌感染了燒傷創(chuàng)口后，使用繃帶在2小時(shí)內(nèi)防止了生物膜的形成。感染7天后使用繃帶還可以破壞已經(jīng)形成的生物膜，幫助豬的白細(xì)胞攻擊感染。

位于亞利桑那州坦佩的Vomaris Innovations公司正在對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行商業(yè)化。森持有該公司的股份，他表示，這項(xiàng)研究目前也在美國國防部資助的一項(xiàng)針對(duì)燒傷病人的臨床試驗(yàn)中應(yīng)用。他和他的同事們正在獨(dú)立研究這些繃帶是否能抵抗多重耐藥細(xì)菌。森說：“我認(rèn)為在不久的將來，這些‘電子療法’可以形成一個(gè)很大的發(fā)展領(lǐng)域。”