新型敷料產生低強度電脈衝,加快傷口癒合速度

作者 | 發布日期 2019 年 01 月 12 日 12:00 | 分類 奈米 , 材料、設備 , 醫療科技 follow us in feedly


美國威斯康辛大學麥迪遜分校(UW-Madison)工程師開發出一種新型低成本的傷口敷料,可大大加快傷口癒合的速度,在嚙齒類動物實驗,新型敷料可將傷口癒合時間從原本 2 週縮短至 3 天。

這項研究發表在 2018 11 29 日出刊的《美國化學會奈米》(ACS Nano)期刊,研究得到美國國立衛生研究院(National Institutes of Health)資助。

UW-Madison 材料科學與工程學系王旭東(Xudong Wang)教授表示:「這個裝置就像將繃帶纏在皮膚上一樣方便,我們很驚訝發現它有這麼高的恢復效率。」

數十年來,研究人員已經知道適量的電流有益於傷口癒合,但大多數電療法需要龐大的電器設備與複雜的接線方式,才能提供足夠電力。

研究共同作者、UW-Madison 燒燙傷外科醫生 Angela Gibson 教授說:「急性和慢性傷口是全球醫療保健的巨大負擔,且使用電療加速傷口癒合並不常見。」與現有敷料相比,新型敷料更簡單且直接,當身體有動作時便會產生微量電脈衝,再將這些微量能量施加在受傷部位。

新型敷料由許多微小電極組成,這些電極與「奈米發電機」(nanogenerator)連接,環繞穿戴者的軀幹,能收集動作產生的能量。穿戴者在呼吸過程中,胸腔會自然膨脹與收縮,同時為奈米發電機提供能量,產生低強度的電脈衝,性質與人體產生電場的方式十分相似,且這些低功率電脈衝不像傳統電療,會因使用高功率設備而使健康組織受損。

事實上,研究人員發現當細胞暴露在高電脈衝環境時,會使細胞製造出高於使用奈米發電機 5 倍的活性氧化物質,而這是造成癌症和細胞衰老的危險因子。

研究人員已確定低功率電脈衝可提高纖維母細胞(fibroblasts)的存活率,當纖維母細胞暴露於奈米發電機產生的電脈衝時,會促使細胞整齊排列,這正是使傷口癒合的關鍵步驟,同時還能產生更多化學物質,促進細胞組織生長。

研究共同作者、UW-Madison 放射學 Weibo Cai 教授說:「這些研究結果非常令人興奮,我們將繼續研究詳細的作用機制。」研究人員目的是徹底理解低功率電脈衝如何幫助傷口癒合,他們計劃在豬皮上進行這項試驗,因為豬和人的皮膚組織十分相似。

同時,研究人員也試著為奈米發電機提供額外功能,或許可藉由調整結構,以便從皮膚上微小且難以察覺的抽搐或心跳聲獲取能量。

王教授表示:「眾多治療方式中,我認為利用奈米發電機提供的電療是最有效的。由於奈米發電機是由相對常見的材料製成,因此價格不會太驚人,成本甚至不超過常用繃帶,設備本身也非常容易製造。」

Gibson 教授說:「有鑑於裝置設計和使用的簡單性,這項技術重新定義了電療對不同類型傷口的影響。」她和團隊將一起研究這類電療用在皮膚的可重複性。如果研究結果成功,將能有效解決現代醫學重大難題。

(首圖為王旭東教授將新型傷口敷料穿戴在研究生 Yin Long 手腕。來源:UW-Madison