生物工程師已經(jīng)開發(fā)出生物相容性發(fā)電機，當身體運動壓縮時會產(chǎn)生電脈沖。發(fā)電機由自組裝的“壓電晶片”組成，可以快速且廉價地制造，以廣泛使用肌肉動力機電療法。
陶瓷和晶體等壓電材料具有在機械應力作用下產(chǎn)生電荷的特殊性質。它們用于許多設備，包括超聲波換能器、振動傳感器和手機。在醫(yī)學上，使用壓電設備的電刺激已被證明有利于加速傷口和骨折的愈合、保持中風患者的肌肉張力以及減輕慢性疼痛。然而，缺乏生物相容性——導致僵硬和毒性——阻礙了該領域的進展。
現(xiàn)在威斯康星大學材料科學與工程系的生物工程師已經(jīng)開發(fā)出可植入的壓電治療設備。的晶片-變薄，柔性裝置采取的一個事實，即非剛性的，無毒的生物材料，例如絲，膠原和氨基酸也具有壓電特性的優(yōu)勢。
該團隊由材料科學與工程教授王旭東博士領導，創(chuàng)建了一種使用氨基酸賴氨酸作為壓電發(fā)生器的小型貼片狀結構的自組裝方法。自組裝過程結合了生物相容性聚合物殼，當聚合物/賴氨酸溶液蒸發(fā)時，該殼圍繞賴氨酸。賴氨酸內(nèi)層和聚合物涂層之間的化學相互作用對于將賴氨酸定向為彎曲時產(chǎn)生電流所必需的晶體結構至關重要。
“這項工作是利用材料的化學特性來創(chuàng)造自組裝產(chǎn)品的一個杰出例子，”美國國家生物醫(yī)學成像和生物工程研究所發(fā)現(xiàn)科學與技術部主任 David Rampulla 解釋說，該部門支持研究。“所使用的過程快速且成本低廉，使得用于治療應用的此類晶片的生產(chǎn)變得可行。晶片是可生物降解的，這為創(chuàng)造可用于加速受傷骨骼或肌肉愈合的電療法開辟了可能性，例如，然后降解并從身體中消失。”
該團隊對壓電晶片的特性進行了多次測試。晶片被放置在大鼠的腿和胸部。腿部運動和胸部運動充分壓縮壓電晶片以產(chǎn)生電輸出。在移植的晶片溶解在大鼠體內(nèi)后進行的血液測試顯示血細胞和其他代謝物水平正常，表明溶解的裝置沒有有害影響。
Wang 強調(diào)了團隊優(yōu)雅工作的簡單性，這些工作可以將肌肉運動轉變?yōu)榭赡芨淖冇螒蛞?guī)則的治療方法。“我們相信該技術開辟了廣泛的可能性，包括實時傳感、傷口和其他類型損傷的加速愈合，以及治療疼痛和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病的電刺激。重要的是，我們的快速自組裝技術大大降低了成本此類設備有可能極大地擴大這種非常有前途的醫(yī)療干預形式的使用。”
標簽： 肌肉力量
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