Forskere designer smarte overflader for at afvise alt undtagen målrettede gavnlige undtagelser

Forskere ved McMaster University har løst et irriterende problem ved at udvikle overfladebelægninger, der kan afvise alt, såsom bakterier, vira og levende celler, men kan ændres for at tillade fordelagtige undtagelser.

Opdagelsen har et betydeligt løfte om medicinske og andre applikationer, gør det muligt for implantater såsom vaskulære transplantater, udskiftning af hjerteklapper og kunstige led til binding til kroppen uden risiko for infektion eller blodpropper.

Den nye nanoteknologi har potentialet til i høj grad at reducere falske positive og negative resultater i medicinske tests ved at eliminere interferens fra ikke-målelementer i blod og urin.

Forskningen tilføjer betydelig nytteværdi til fuldstændigt afvisende overflader, der har eksisteret siden 2011. Disse overfladebelægninger er nyttige til vandtætning af telefoner og forruder, og frastødende bakterier fra madlavningsområder, for eksempel, men har tilbudt begrænset anvendelighed i medicinske applikationer, hvor specifik fordelagtig binding er påkrævet"Det var en kæmpe bedrift at have fuldstændig afvisende overflader, men for at maksimere fordelene ved sådanne overflader, vi var nødt til at skabe en selektiv dør, der ville tillade gavnlige elementer at binde sig til disse overflader, " forklarer Tohid DIdar fra McMaster's Department of Mechanical Engineering og School of Biomedical Engineering, seniorforfatteren til et papir, der i dag vises i tidsskriftet ACS Nano .

I tilfælde af en syntetisk hjerteklap, for eksempel, en afvisende belægning kan forhindre blodceller i at klæbe og danne blodpropper, gør det meget mere sikkert.

"En belægning, der afviser blodlegemer, kan potentielt eliminere behovet for medicin, såsom warfarin, der bruges efter implantater for at reducere risikoen for blodpropper, " siger medforfatter Sara Imani, en McMaster Ph.D. studerende i biomedicinsk teknik.

Stadig, forklarer hun, en fuldstændig afvisende belægning forhindrer også kroppen i at integrere den nye klap i selve hjertets væv.

Ved at designe overfladen til kun at tillade adhæsion med hjertevævsceller, forskerne gør det muligt for kroppen at integrere den nye ventil naturligt, undgå komplikationer ved afvisning. Det samme ville være tilfældet for andre implantater, såsom kunstige led og stenter, der bruges til at åbne blodkar.

"Hvis du vil have en enhed til at yde bedre og ikke blive afvist af kroppen, det er hvad du skal gøre, " siger medforfatter Maryam Badv, også en McMaster Ph.D. studerende i biomedicinsk teknik. "Det er et kæmpe problem inden for medicin."

Uden for kroppen, selektivt designede afvisende overflader kunne gøre diagnostiske tests meget mere nøjagtige ved kun at tillade det særlige mål for en test - en virus, bakterie eller kræftcelle, for eksempel - at holde sig til den biosensor, der leder efter den, en kritisk fordel i betragtning af udfordringerne ved at teste i komplekse væsker som blod og urin.

Forskerne, som samarbejdede med Jeffrey Weitz fra Thrombosis &Atherosclerosis Research Institute ved Hamilton Health Sciences for at forstå udfordringerne i forbindelse med fremstilling af vellykkede implantater, arbejder nu på de næste stadier af forskning for at få deres arbejde i klinisk brug.