Smart bandage registrerer, kunne forhindre infektioner

Bandager er gode til at dække sår, men de ville være meget mere nyttige, hvis de også kunne opdage infektioner.

Ved at indlejre nanosensorer i fibrene i en bandage, University of Rhode Island assisterende professor Daniel Roxbury og tidligere URI kandidatstuderende Mohammad Moein Safaee har skabt en kontinuerlig, ikke-invasiv måde at opdage og overvåge en infektion i et sår.

"Enkeltvæggede kulstofnanorør i bandagen vil være i stand til at identificere en infektion i såret ved at detektere koncentrationer af hydrogenperoxid, " sagde Roxbury.

Indtil nu, udfordringen med at bruge nanorør til dette formål har været at immobilisere dem på en biokompatibel måde, så de forbliver følsomme over for deres omgivelser, ifølge Roxbury.

"Mikrofibrene, der indkapsler kulstofnanorørene, udfører begge disse opgaver, " sagde Roxbury. "Nanorørene udvaskes ikke fra materialet, alligevel forbliver de følsomme over for hydrogenperoxid i sårene."

Den "smarte bandage" vil blive overvåget af en miniaturiseret bærbar enhed, som trådløst (optisk) vil detektere signalet fra kulstofnanorørene i bandagen. Signalet kan derefter overføres til en smartphone-type enhed, der derefter automatisk advarer patienten eller en sundhedsplejerske.

"Denne enhed vil udelukkende blive brugt til diagnostiske formål, " sagde Roxbury. "Men, håbet er, at enheden vil diagnosticere en infektion på et tidligt tidspunkt, nødvendiggør færre antibiotika og forhindrer drastiske foranstaltninger, såsom amputation af lemmer. Vi forestiller os, at dette er særligt nyttigt for dem med diabetes, hvor behandlingen af ​​kroniske sår er rutine."

Teknologien bag den smarte bandage er yderligere beskrevet i en artikel publiceret i Avancerede funktionelle materialer . Roxbury, Safaee og URI ph.d.-studerende Mitchell Gravely forfattede artiklen.

Safaee, som afsluttede sin doktorgrad i kemiteknik ved URI i december 2020, lært at skabe polymere fibre som bachelorstuderende, inden han kom til URI.

"Professor Roxbury var meget støttende for ideen om at designe bærbare teknologier baseret på kulstof nanorør, og jeg var spændt på at tage teten på projektet, " sagde Safaee.

Arbejder i Roxbury's NanoBio Engineering Laboratory i Fascitelli Center for Advanced Engineering, Safaee brugte flere avancerede teknologier til at gøre bandagen til en realitet.

"Vi designede og optimerede en mikrofremstillingsproces til præcist at placere nanosensorer inde i de individuelle fibre i et tekstil, " sagde Safaee. "Vi brugte banebrydende mikroskoper til at studere strukturen af ​​de materialer, vi producerede. Jeg brugte også en hjemmebygget, nær-infrarødt spektrometer for at optimere de optiske egenskaber af tekstilerne."

Den næste fase af projektet vil involvere verifikation af, at bandagerne fungerer korrekt i en petriskål med levende dyrkede celler, der ville blive fundet i sår.

"Disse celler, vi skal bruge, er kendt som fibroblaster og makrofager (hvide blodlegemer), der producerer brintoverilte i nærvær af patogene bakterier, " sagde Roxbury. "Hvis alt går godt, vi går over til 'in vivo' test i mus. På det tidspunkt, vi ville finde en samarbejdspartner, der er specialiseret i disse dyresårmodeller."

Test har fokuseret på små bandageprøver, men teknologien kan nemt anvendes på meget større bandager.

"Der er virkelig ingen begrænsning med hensyn til størrelsen, " sagde Roxbury. "Faktisk, denne teknologi vil være mest anvendelig i store bandager. Større bandager kan være mere generende at fjerne og påføre igen, men vores enhed skal ikke fjernes for at aktivere registrering."

Mens Roxbury går videre med projektet, Safaee er flyttet til Massachusetts Institute of Technology for en postdoktorstilling.

"Jeg sluttede mig til Furst Lab i MIT's afdeling for kemiteknik for at fremme og diversificere min forskning inden for området molekylær diagnostik og screeningsteknologier, " sagde Safaee. "Jeg vil specifikt arbejde på at designe high throughput screeningsteknologier baseret på nanomaterialer til point-of-care diagnostik og lægemiddelopdagelse."

Safaee er taknemmelig for den erfaring, han fik på URI.

"Jeg lærte uvurderlige færdigheder på URI, herunder nær-infrarød mikroskopi og spektroskopi, fremstilling af nanomaterialer, og optisk instrumentering, som alle hjalp mig med at blive en uafhængig videnskabsmand inden for nanobioteknologi, " sagde Safaee.