Cateteri, linee endovenose, e altri tipi di tubi chirurgici sono una necessità medica per la gestione di un'ampia gamma di malattie. Ma l'esperienza di un paziente con tali dispositivi è raramente piacevole.

Ora gli ingegneri del MIT hanno progettato un materiale simile al gel che può essere rivestito su dispositivi standard di plastica o gomma, fornendo un più morbido, esterno più scivoloso che può alleviare significativamente il disagio del paziente. Il rivestimento può anche essere personalizzato per monitorare e trattare i segni di infezione.

In un articolo pubblicato oggi sulla rivista Materiali sanitari avanzati , il team descrive il loro metodo per legare saldamente uno strato di idrogel:un soffice, materiale polimerico scivoloso che consiste principalmente di acqua, a elastomeri comuni come il lattice, gomma, e silicone. I risultati sono "laminati idrogel" che sono allo stesso tempo morbidi, estensibile, e scivoloso, e impermeabile a virus e altre piccole molecole.

Il rivestimento in idrogel può essere incorporato con composti da rilevare, Per esempio, molecole infiammatorie. I farmaci possono anche essere incorporati e rilasciati lentamente dal rivestimento in idrogel, per trattare l'infiammazione nel corpo.

Il gruppo, guidato da Xuanhe Zhao, il Professore Associato per lo Sviluppo della Carriera di Robert N. Noyce nel Dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT, strati incollati di idrogel su vari dispositivi medici a base di elastomeri, compresi cateteri e tubi endovenosi. Hanno scoperto che i rivestimenti erano estremamente resistenti, resistere a piegamenti e torsioni, senza crepe. Anche i rivestimenti erano estremamente scivolosi, presentando un attrito molto inferiore rispetto ai cateteri non rivestiti standard, una qualità che potrebbe ridurre il disagio dei pazienti.

Il gruppo ha anche rivestito l'idrogel su un altro prodotto elastomerico ampiamente utilizzato:i preservativi. Oltre a migliorare il comfort dei preservativi in ​​lattice esistenti riducendo l'attrito, un rivestimento di idrogel potrebbe aiutare a migliorare la loro sicurezza, poiché l'idrogel potrebbe essere incorporato con farmaci per contrastare un'allergia al lattice, dicono i ricercatori.

"Abbiamo dimostrato che l'idrogel ha davvero il potenziale per sostituire i comuni elastomeri, " Zhao dice. "Ora abbiamo un metodo per integrare i gel con altri materiali. Riteniamo che questo abbia il potenziale per essere applicato a una vasta gamma di dispositivi medici che si interfacciano con il corpo".

I coautori di Zhao sono l'autore principale e lo studente laureato German Parada, studenti laureati Hyunwoo Yuk e Xinyue Liu, e lo scienziato in visita Alex Hsieh.

Un gel su misura

Il gruppo di Zhao aveva precedentemente sviluppato ricette per rendere duri, idrogel estensibili da miscele composte principalmente da acqua e un po' di polimero. Hanno sviluppato una tecnica per legare idrogel agli elastomeri trattando prima superfici come gomma e silicone con benzofenone, una soluzione molecolare che, quando esposto alla luce ultravioletta, crea forti legami chimici tra l'elastomero e l'idrogel.

I ricercatori hanno applicato queste tecniche per fabbricare un laminato di idrogel:uno strato di elastomero inserito tra due strati di idrogel. Hanno quindi sottoposto la struttura laminata a una serie di test meccanici e hanno scoperto che la struttura rimaneva fortemente legata, senza strappi o crepe, anche quando allungato a più volte la sua lunghezza originale.

Il team ha anche posizionato la struttura in laminato in un serbatoio a due camere, riempito da un lato con acqua deionizzata e dall'altro con colorante molecolare. Dopo diverse ore, il laminato ha impedito a qualsiasi colorante di migrare da un lato all'altro della camera, mentre uno strato di idrogel da solo lascia passare la tintura. Lo strato di elastomero del laminato, hanno concluso, rendeva la struttura nel suo insieme fortemente impermeabile, una caratteristica che pensavano potesse anche impedire il passaggio di virus e altre piccole molecole.

In altri test, il team ha miscelato chimicamente molecole sensibili al pH nello strato di idrogel che riveste un lato dello strato di elastomero, e colorante alimentare verde nello strato di idrogel opposto. Hanno ancora una volta collocato l'intera struttura nel serbatoio a due camere e riempito entrambi i lati con acqua dioinizzata.

Poiché i ricercatori hanno modificato l'acidità dell'acqua del serbatoio, hanno osservato che le parti dell'idrogel contenenti indicatori di pH si illuminavano. Nel frattempo, il colorante verde è filtrato lentamente dallo strato di idrogel opposto nel secondo serbatoio, mimando l'azione delle molecole dei farmaci.

"Possiamo mettere molecole sensibili al pH negli idrogel, o farmaci che vengono rilasciati gradualmente, " Dice Parada. "Per diverse applicazioni, possiamo modificare il gel per adattarlo a quell'applicazione."

Fare i nodi

Come prima incursione nelle possibili applicazioni per i laminati in idrogel, i ricercatori hanno utilizzato le loro tecniche sviluppate in precedenza per rivestire l'idrogel su vari dispositivi in ​​elastomero, compresi tubi in silicone, un catetere di Foley, e un preservativo. "Il nostro primo obiettivo principale erano i cateteri, perchè sono rigidi e poco comodi, e l'infezione dei cateteri può causare circa il 50 per cento delle riammissioni negli ospedali, " Dice Parada. "Abbiamo anche pensato di poterlo applicare ai preservativi, perché i preservativi in ​​lattice esistenti causano molte sensibilità e allergie, e se puoi mettere dei farmaci nel gel, potresti avere una protezione migliore."

Anche dopo aver piegato e piegato bruscamente il tubo rivestito in un nodo, i ricercatori hanno scoperto che il rivestimento in idrogel è rimasto fortemente legato al tubo senza causare lacerazioni. Lo stesso era vero quando i ricercatori hanno gonfiato sia il catetere rivestito che il preservativo rivestito.

Parada afferma che le dimensioni di un laminato idrogel possono essere regolate per adattarsi a diversi dispositivi. Ad esempio, gli scienziati possono scegliere un elastomero più spesso per aumentare la rigidità di un laminato, oppure utilizzare un rivestimento più spesso di idrogel per incorporare più molecole di farmaci o sensori. Gli idrogel possono anche essere progettati per essere più o meno scivolosi, a seconda della quantità di attrito desiderata.

"Abbiamo la capacità di fabbricare strutture di idrogel su larga scala in grado di rivestire dispositivi medici, e l'idrogel non agiterà il corpo, " dice Zhao. "Si tratta di una piattaforma tecnologica su cui si possono immaginare molte applicazioni".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.