Биоматериалы для имплантируемых медицинских устройств
Что, если бы в наших телах были крошечные устройства, которые могли бы постоянно контролировать поврежденные артерии, ускорять регенерацию костей и заживление ран или облегчать доставку лекарств для лечения рака? Это могло бы открыть замечательные возможности для лечения болезней человека и расширения наших возможностей за пределами биологии. Пьезоэлектрические биоматериалы, которые могут генерировать электрические сигналы за счет механического напряжения, вызванного движениями тела, такими как растяжение мышц, дыхание, кровоток и небольшие движения, могут быть использованы для создания этих устройств. Им не потребуются батарейки, и они будут спроектированы так, чтобы безопасно растворяться внутри тела после того, как выполнят свою задачу.
Нобелевская премия по физиологии и медицине 2021 года была присуждена ученым Дэвиду Юлиусу и Ардему Патапутяну, которые разгадали тайну человеческого ощущения прикосновения и боли. Они подтвердили, что клетки чувствуют давление и вызывают ощущение прикосновения благодаря электромеханическим эффектам связи белков Piezo 1 и Piezo 2. Мы вдохновлены этим великим открытием и подумываем о некоторых новых научных достижениях в области пьезоэлектрических биоматериалов и направляя их к реальным приложениям. Какие проблемы возникают при разработке пьезоэлектрических биоматериалов? В настоящее время большинство пьезоэлектрических материалов являются жесткими и хрупкими, а некоторые из них даже содержат токсичные материалы, что делает их непригодными для имплантации в организм человека. Пьезоэлектрические биоматериалы являются многообещающими альтернативами, поскольку они обладают естественной биосовместимостью, надежностью и резорбируемостью.
Однако пьезоэлектрическая прочность природных пьезоэлектрических биоматериалов, таких как кость и древесина, слаба из-за неупорядоченной ориентации. Это делает их неподготовленными для реальных приложений. Следовательно, наведение порядка в пьезоэлектрических биоматериалах и улучшение их пьезоэлектрического эффекта чрезвычайно важно. Однако манипулирование биомолекулами в масштабе с выровненной ориентацией, необходимой для правильного функционирования, оказалось сложной задачей. Здесь мы представили обобщаемую стратегию, которая позволяет биомолекулам самостоятельно собираться на большой площади с одинаковой ориентацией посредством синергетического наноконфайнмента и электрического поля на месте. Биомолекулярные пленки имеют плотную, компактную структуру с одинаково высокой пьезоэлектрической силой, превосходящей большинство описанных биоорганических пленок.
Кроме того, благодаря эффекту наноограничения термостабильность этих нанокристаллических пленок была значительно улучшена по сравнению с их объемными кристаллами (температура разрушения была повышена с 67°C до 192°C). Фактически, в 2022 году мы уже опубликовали исследование биопьезоэлектрических тканей в Advanced Materials под названием «Ультратонкие пленки биопьезоэлектрической подслизистой оболочки, обработанные ван-дер-ваальсовым отшелушиванием». В данной работе мы систематически изучали биопьезоэлектричество ван-дер-ваальсовой подслизистой оболочки тонкой кишки (SIS). Впервые мы количественно определили присущее SIS пьезоэлектричество с помощью усовершенствованной силовой микроскопии пьезоотклика (PFM) и раскрыли происхождение его биопьезоэлектричества. Мы предложили процесс ван-дер-ваальсова эксфолиации (vdWE) с использованием слабых ван-дер-ваальсовых взаимодействий в многослойных мягких биологических тканях для получения ультратонких пленок (100 нм) с эффективными пьезоэлектрическими доменами посредством простого механического пилинга.
Однако пьезоэлектричество ультратонкой пленки мягких тканей все еще слишком низкое по сравнению с широко используемыми в настоящее время неорганической керамикой и органическими полимерами. Поскольку пьезоэлектрическое направление находится в плоскости, сценарии их применения сильно ограничены.
Бесчисленные попытки и последнее захватывающее открытие Поэтому мы задумались о том, можно ли производить высокоэффективные пьезоэлектрические биоматериалы путем полностью контролируемой сборки на молекулярном уровне. Это большой вызов. Мы пробовали различные методы производства и биоматериалы, но не добились желаемых результатов до случайной попытки в конце 2021 года. Во время обсуждения мы подумали, что можно было бы попробовать приготовить биоматериалы, используя недавно построенную платформу для электрогидродинамического распыления. Мы подумали, что, возможно, электрическое поле на месте во время процесса подготовки может иметь неожиданные эффекты. После изготовления аминокислотной пленки мы сразу же протестировали ее с помощью самого передового PFM. Мы были удивлены, обнаружив, что приготовленная аминокислотная пленка показала высокий пьезоэлектрический отклик в наномасштабе, в то время как осажденная пленка была плотной и однородной.
Однако на тот момент мы еще не знали, почему материал проявляет такой высокий пьезоотклик, имеет ли он выровненную ориентацию на макроуровне и лежащий в основе механизм его самосборки. При последующей характеристике материала мы были удивлены тем, что тонкая пленка демонстрирует не кристаллическую фазу гамма-глицина, а полностью бета-фазу. Однако бета-глицин всегда считался наиболее трудным для образования из трех кристаллических форм глицина и наиболее нестабильным в условиях окружающей среды. После помещения во влажный воздух на несколько часов или нагревания до 67°С он быстро превращается в непьезоэлектрический альфа-глицин. После бесчисленных дней и ночей экспериментов и исследований мы, наконец, решили эти сложные проблемы. Мы впервые представили активную стратегию самосборки для получения высокоэффективных пьезоэлектрических пленок биоматериала посредством синергетического наноконфайнмента и поляризации на месте. Гомогенное зародышеобразование, вызванное наноконфайнментом, преодолевает межфазную зависимость и позволяет электрическому полю, приложенному на месте, выравнивать кристаллические зерна по всей пленке. Нанокристаллические пленки бета-глицина изготавливаются на основе принтера биоорганических пленок методом электрогидродинамического распыления.
Затем мы предложили следующий потенциальный процесс зародышеобразования и кристаллизации. Нанокристаллы бета-глицина образуются путем гомогенного зародышеобразования благодаря небольшому размеру и свойству отсутствия подложки летающих нано-микрокапель. Поскольку на гомогенное зародышеобразование не влияют границы раздела твердое тело-жидкость, можно управлять процессом кристаллизации, применяя внешние электрические поля, которые также служат процессом полировки. Электрическое поле in situ в процессе роста кристаллов индуцирует выравнивание доменов нанокристаллов бета-глицина, предполагая, что общее направление поляризации [020] параллельно электрическому полю. Наши новые пьезоэлектрические биомолекулярные пленки могут в конечном итоге применяться в высокопроизводительных биологических электромеханических микроустройствах и переходной биоэлектронике, таких как имплантируемые биосенсоры, биорезорбируемые источники питания для беспроводной зарядки in vivo, интеллектуальные чипы и биомедицинская инженерия.
Наша следующая работа будет сосредоточена на трех аспектах: улучшение гибкости пленки для соответствия модулю биологической ткани; недорогое массовое производство тонких биорассасывающихся пьезоэлектрических пленок; продвижение нашей продукции в реальных биомедицинских приложениях, приносящих пользу людям. Текущее исследование было опубликовано в Nature Communications. Эта история является частью диалога Science X Dialog, где исследователи могут сообщать о результатах своих опубликованных научных статей. Посетите эту страницу для получения информации о ScienceX Dialog и о том, как принять в нем участие.
Источник
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
Подписывайтесь на наш Телеграм-канал
Последние аномальные новости

Актер Патрик Стюарт рассказал о призраках в его доме

В каких цветах нельзя встречать новый год

Глубинное государство существует и оно знает все об НЛО

Губернатор скрывает НЛО над Нью-Джерси

Древнеегипетские напитки, содержащие психоделики

Загадка инопланетных технологий Великой пирамиды

Загадка странных НЛО над Нью-Джерси

Загадочное Ливийское чудо, которое озадачивает науку

Загадочные круги фей

ИИ взломали и убедили отдать деньги

ИИ-модель OpenAI сбежала из-под контроля

Искусство и тайны пирамиды Менкаура

Исследование Пентагона намекает на реальность реинкарнации

Когда Трамп обнародует все секретные файлы об НЛО

Министерство обороны Канады опубликовало фото НЛО

Мир охвачен НЛО-лихорадкой

НАСА умалчивает о астероидах, летящих навстречу Земле

Неопознанные беспилотники освещают небо Нью-Джерси

Обряд на новогоднюю ночь, чтобы не нуждаться в деньгах

Органика на Церере оказалась ее собственной

Пергамская библиотека. Ключ к древним тайным знаниям

Путешествие в Ла-Руморосу - мексиканский город НЛО

Ретроградный дуэт увеличил спрос на астрологов вдвое

Роботов-собак натравят на нарушителей техники безопасности

Создали ИИ для выявления ИИ-вставок в текстах

Таинственные беспилотники в небе Нью-Джерси

Таинственные беспилотники добрались до Нью-Йорка

Что общего у квантовой физики и воли человека

Чудеса шаманов России

Я экзорцист. Дьявол реален

Биомолекулы уточнят теорию о происхождении жизни

Влияние инверсионных следов на климат

Зонд Dragonfly скоро отправится к Титану

Зонд Proba-3 поможет разгадать пять космических загадок

Идеальные условия для инопланетян на Марсе

Инопланетная активность в Нью-Мексико

Инцидент с НЛО в Непале

Использование гравиволн для выявления скрытых черных дыр

Источник таинственных повторяющихся радиовсплесков

Каково управлять одним спутником на околоземной орбите

Картирование Фобоса поможет в колонизации Марса

Компания Neuralink продолжает опыты на обезьянах

Межзвездные объекты не скроются от телескопа Вера Рубин

Модель образования темной материи до Большого взрыва

На поверхности Венеры никогда не было жидкой воды

НАСА ищет идеи для спасения астронавтов с Луны

Нашли связь воды на кометах с океанами Земли

НЛО взлетает с поверхности воды в Пуэрто-Рико

Обнаружили аномалию в столкновении черных дыр

Открыли новую планету в системе Кеплер-51

Паника из-за НЛО распространилась и на Нью-Йорк

Первичные черные дыры могут скрываться в планетах

Представители Пентагона проводят секретный брифинг по НЛО

Разгадка тайны механизма излучения рентгеновских лучей

Раскрыты пять лучших фантазий о спальне

Свойства трехпланетной системы TOI-396

Странные и таинственные монстры Конго

ФБР озадачено таинственными НЛО над Нью-Джерси

Французский монастырь, захваченный демонами

Шаги по созданию астрономических баз данных

Астероид Рюгу подвергался бомбардировке микрометеоритами

В районе Ярдли снова были замечены НЛО

Вечер экстрасенсорики в британском отеле был отменен

Возможное решение загадки космических лучей-мюонов

Гражданский, получивший доступ к файлам ВВС по НЛО

Двойные объекты в поясе Койпера не из Солнечной системы

Загадка странных беспилотников над Нью-Джерси

Значение и тайны характера имени Милана

Как ИИ изменит будущее человечества

Как ученые объясняют возможность жизни на других планетах

Китайский гороскоп 2025 для всех знаков зодиака

Люди никогда не отправятся на Венеру

Магнитные вихри создают на полюсах Юпитера дымку

Наблюдение за темной материей на заре Вселенной

НАСА породило сотни теорий заговора

Новые идеи о создании диска Небры

Ночью над Нью-Джерси летают странные беспилотники

Пентагон признает, что НЛО ставят его в тупик

Последнее наблюдение НЛО в Миннесоте

Потенциальное влияние ИИ-ассистентов на образование

Проблемы с искусственным интеллектом растут

Пугающее предсказание Бабы Ванги о Великой войне

Пути создания квантовой сети глобального масштаба

Секретная стратегия Пентагона по борьбе с БПЛА

Сколько на самом деле стоят астероиды

Сталкер нашел секретное нацистское золото

Трамп обнародует секретные файлы об НЛО

Третья мировая война может превратить нас в супергероев

Управление Пентагона по НЛО проводит секретные брифинги

Что ретроградный Марс принесёт всем знакам зодиака

Аэропорт Манчестера опроверг заявления об НЛО

Вода на комете оказалась такой же, как на Земле

Возможно инопланетяне не потрошат коров

Губернатор рассказал о НЛО над Нью-Джерси

Инопланетяне пролетели над пассажирским самолетом

Истории о НЛО и бигфуте изучают в Бостонском университете

Как определить, были ли вы похищены инопланетянами

Каким знакам зодиака нельзя прощать бывших

Карал - затерянный священный город древних цивилизаций

Лунный тоннель, как не упустить уникальный шанс

Наблюдения НЛО в округе Бакс

Над Техасом были замечены яркие огни

Населенные призраками места Соединенного Королевства

Пилоты заметили что-то странное в небе

Покойный отец дает советы экстрасенсу

Почему не будет денег, если выносить мусор по ночам

Предсказания на 2025 год

Разгадка Межгалактической тайны

Разработали материал для мантии-невидимки

Реален ли НЛО, снятый на видео в аэропорту Манчестера

Сбитые с толку пилоты увидели что-то странное в небе

Сильный ИИ не станет спасением для человечества

Совсем скоро человечество не сможет выйти в космос

Создали алмазную батарею со сроком службы в тысячи лет

Столкновения с астероидами не изменили климат Земли

Таинственный древний аэродром Юндум

Таинственный замок Сталкер

Тайна гигантского сооружения на дне Тихого океана

Туринская плащаница датируется временем Иисуса

Что же пролетело над Нью-Джерси

Астероид, пролетевший над Якутией, был уникальным

Аэропорт Манчестера отреагировал на заявления о НЛО

Вирусолог усомнился в боевом предназначении коронавируса

Впервые вывели крольчонка с двойной мышечной массой

Все больше данных подтверждают существование НЛО

Зарождение многих цивилизаций связано с Россией

ИИ ChatGPT уличили в наглом вранье

Клетки могут учиться без мозга и нервной системы

Коронавирус CovID-19 был создан в лаборатории

Легенда о ванкуверском кадборозавре

На обратной стороне Луны извергались вулканы

Настоящее лицо человека, вдохновившего Санта-Клауса

НЛО замечен рядом с полем для гольфа Трампа

НЛО сняли в штате Аризона

Обнаружена ранее скрытая планета в обитаемой зоне

Околосмертный опыт не заставил меня поверить

Опровергнута гипотеза о влиянии на климат падения астероидов

Подробности падения астероида в США

Показали лицо Санта-Клауса впервые за 1700 лет

Почему экстрасенсы пророчат конец света в 2025 году

Появилось ли у НЛО новое название

Проклятая картина преследует новых владельцев

Сбитые с толку пилоты сообщают об НЛО в Техасе

Старейшим человеком стал 112-летний бразильский свиновод

Таинственный объект замечен на китайском аэродроме

Три астролога разошлись в показаниях

Ученый не хочет встречаться с инопланетянами

Что говорят пророки и чего ожидать в будущем

Что значат повторяющиеся цифры в дате рождения

Что снится к смерти, что - к потере, что - к болезни

Астероид врезался в атмосферу Земли

Вращающийся НЛО замечен над Сан-Антонио

Где чаще всего наблюдались НЛО в Пенсильвании

Гибернация может стать ключом к космическим путешествиям

Загадочный НЛО следил за Трампом в Нью-Джерси

ИИ ChatGPT сломается, если его спросить про Дэвида Майера

Илон Маск может превратиться в императора Палпатина

Илон Маск пообещал заселить Марс

Инопланетяне придерживаются политики невмешательства

Как роботы будут работать вместе с людьми

Как смерть в младенчестве повлияла на Киркорова

Как спасти астронавтов с Луны

Какой у вас знак зодиака по дате рождения

Компанию Apple обвинили в тотальной слежке за сотрудниками

Красный шар замечен над Суданом

НЛО сбил мужчину с ног

Новый браузер будет работать без пользователя

Нумеролог рассказал, когда Россия может показать силу

Охотник спас мальчика, похищенного карликами

Пилоты видели НЛО в аэропорту Далласа

Полицейский запечатлел НЛО над патрульной машиной

Порядок и стабильность в верованиях древних египтян

Почку свиньи пересадили макаке

Признаки того, что в прошлой жизни вы были ведьмой

Сверхновая раскрывает дометаллическую историю космоса

Фейковое видео разбившегося НЛО

Футуристическая технология из далекого прошлого

Часы смерти предскажут вашу смерть

Что скрывается за таинственными беспилотниками

Эти пять счастливых чисел принесут в дом достаток

Нержавеющий прокат. Широкий ассортимент и другие преимущества

Торговое оборудование и эквайринг. Современные решения для бизнеса

Астробиологи и уфологи собрались на мероприятия

Астролог Лукашевич дала прогноз на декабрь

Действительно ли НЛО парил над Сан-Антонио

Доказательства того, что мы живём в матрице

Подписка на новости
Наверх
Яндекс.Метрика