Plante, dyreoverflader inspirerer til infektionssikre konstruerede implantater

Dragonfly vinger, lotus blade, cikadevinger - takket være årtusinders evolution, naturen har optimeret måden, disse overflader og andre opfører sig på for at tilbyde antibakteriel funktionalitet.

En international, tværfagligt team af forskere forsøger at finde den bedste måde at oversætte disse funktioner til at skabe naturinspirerede bakteriedræbende overflader til brug i medicinske implantater. De diskuterer overfladestrukturer og kemiske sammensætninger for et ideelt implantatmateriale i journalen Anvendt fysik anmeldelser .

"Objekter i naturen har så unikke egenskaber, som pigge skarpere end en bakterie, som giver dem evnen til at forstyrre og dræbe en bakterie, gør dem antibakterielle, " sagde Saurav Goel, en forfatter fra London South Bank University. "Vi kan lave disse funktioner med vores ultrapræcise ingeniørinstrumenter."

På trods af mange undersøgelser af de mekanismer, hvorved naturlige overflader dræber bakterier - uanset om det skyldes kemiske reaktioner, overfladens ruhed, bakteriers evne til at hvile på overfladen, eller noget andet - kommerciel udnyttelse har praktisk talt ikke eksisteret. Forfatterne sagde, at dette delvis skyldes manglen på egnede fremstillingsteknikker, der kan producere disse naturinspirerede funktioner med kontrolleret nøjagtighed i stor skala, som Goel beskriver som en af ​​de store gåder, som den anvendte fysik i det 21. århundrede står over for.

Goel og hans team arbejder på at udvikle en ny laserbaseret teknik, der kan modificere overfladeegenskaberne af et materiale ved at fremstille de ønskede egenskaber i en friform måde, baseret på 3D-computermodeller, de genererede. Når metoden er færdigudviklet, de planlægger at skabe en demonstrativ prototype af et implantat, som vil blive testet for at overvåge dens bakterielle aktivitet.

"Slutmålet er en protese, som jeg kan implantere med klinisk bevis for, at den dræber bakterier og reducerer infektionsraten, " sagde Oliver Pearce, en forfatter fra Milton Keynes University Hospital i Buckinghamshire, England.

Selvom procentdelen af ​​infektioner forårsaget af implantater er ret lav, med så mange proteser i brug rundt om i verden, det store antal infektioner er stort, medfører store omkostninger for sundhedssystemerne. Imidlertid, langt de fleste af disse er forårsaget af stafylokokker og streptokokker, så at udrydde deres virkning ville reducere infektioner med op til 90 %. Teknologien er alsidig og kan anvendes til proteser i alle dele af kroppen.

"Det er forenklet at have en avanceret overflade, der dræber bakterier og sige, at infektionsproblemet er udryddet, " sagde Pearce. "Det vil ikke eliminere alle infektioner, men i mit sind, det vil gøre satsen markant lavere."