麻省理工學院工程師設計出新型水凝膠材料，可完美適應人體

當醫生在治療各種疾病時，導尿管、靜脈注射管和其他醫用導管都是必需品。然而由於材質的關係，多數情況下患者對這些醫療器械都會感到不適。

最近，麻省理工學院的工程師設計了一種可以塗覆在標準塑料或橡膠器械上的凝膠狀材料，該材料具有更柔軟、更光滑的表面，可以顯著緩解患者在手術過程中的不適感。甚至在經過特殊調整之後，該塗層還可以被用於檢測和治療感染。

圖丨新型水凝膠材料

根據發表在《Advanced Healthcare Materials》雜誌上的論文顯示，研究團隊的辦法是將一層水凝膠（一種主要由水組成的柔軟、光滑的聚合物材料）強力粘合到常見柔材料（如乳膠、橡膠和硅膠等）上。粘合後就得到了柔軟、可拉伸、光滑，並且不會滲漏病毒和其他小分子的「水凝膠疊層」。

另外，將化合物嵌入到水凝膠塗層中，還可以使其具備檢測病理分子的功能。同時，藥物也可以嵌入到水凝膠中並從水凝膠塗層中緩慢釋放，從而更好地治療體內的疾病。

麻省理工學院機械工程系副教授、該團隊的領導者趙選賀博士稱，將水凝膠塗層粘合到了各種柔性醫療器械上，如導尿管和靜脈注射管等。塗層在經受彎曲和扭曲的考驗後，依然沒有開裂的問題，非常耐用。塗層還非常光滑，摩擦力遠小於無塗層標準導尿管，因而可以減輕患者的不適感。

圖丨麻省理工學院機械工程系副教授趙選賀博士

該團隊還將這種水凝膠塗層應用到了另一種廣泛使用的柔性產品上：避孕套。研究人員說，除了通過減少摩擦來增強現有乳膠避孕套的舒適性外，水凝膠塗層中還可以嵌入抗乳膠過敏的藥物以提高避孕套的安全性。

「我們已經證明水凝膠確實有可能取代普通的柔性材料，」趙選賀說，「現在我們掌握了將水凝膠與其他材料組合到一起的方法，這將有可能應用到與身體發生接觸的各種醫療器械上。」

水凝膠的「七十二變」

趙選賀的團隊之前發明了一種新方法，將大量水和少量聚合物組成混合物，製成堅韌、可拉伸的水凝膠。在此基礎上又發展了另一種技術，首先使用二苯基甲酮處理橡膠和硅膠等柔性材料的表面，再將水凝膠粘合到這些柔性材料上，二苯基甲酮這種分子溶液暴露於紫外線中時，會致使柔性和水凝膠之間形成很強的化學鍵。

研究人員應用這些技術製造出了水凝膠疊層：兩層水凝膠中間夾一層柔性的三明治結構。然後，他們對這種疊層結構進行了一系列機械測試，發現即使在拉長數倍時這種結構也不會發生撕裂或開裂，而是能一直保持結實耐用。

該團隊還將這種疊層結構放置在雙室容器中，一側填充去離子水，另一側填充分子染料。幾小時後，疊層仍能有效的阻止染料從一側滲透到另一側，相比之下，僅有一層水凝膠時，染料則能輕易地通過。他們從而得出結論，疊層中的柔性材料使得整個結構具備了防滲透性——他們推測這種結構也可以阻止病毒和其他小分子通過。

在另一項測試中，該團隊將 pH 敏感分子混入塗覆在柔性材料一側的水凝膠塗層中，將綠色食品染料混入另一側的水凝膠塗層。這次，他們將整個疊層結構浸入兩側都填充了去離子水的雙室容器中。

當改變容器中水的酸度時，研究人員觀察到含有 pH 指示劑的水凝膠塗層變亮了。同時，綠色染料從水凝膠塗層緩慢滲透到了另一側水中。參與的研究人員 German Parada 說：「我們可以將 pH 敏感分子混入水凝膠，也可以將需要逐漸釋放的藥物混入水凝膠中。 總之，可以調整凝膠的特質以滿足不同的應用需求。」

應用前景廣闊

研究人員首先將水凝膠疊層應用到了柔性器械上，他們利用先前開發的技術將水凝膠塗覆到各種柔性器械上，如硅膠管、Foley 導尿管和避孕套。

Parada 說：「我們首先關注的是導尿管，因為它們質地粗糙堅硬，容易引起不適感，而且導尿管感染會致使約 50％ 的患者再次入院。其次，我們認為可以將其應用於避孕套，因為現有的乳膠避孕套會引起大量有關敏感性和過敏反應的問題，如果可以將藥物混入水凝膠避孕套中，就可以使人體得到更好的保護。」

研究人員發現，即使將水凝膠塗層導管劇烈彎曲、摺疊並打成結，水凝膠塗層仍能牢固地粘合在導管上而不會開裂。當對塗層導尿管和避孕套充氣膨脹時，結果也是如此。

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Parada 說，可以調整水凝膠疊層的尺寸以適應不同的器械。例如，科學家可以選擇較厚的柔性材料來增強疊層的強度，或者選擇較厚的水凝膠塗層以便摻入更多的藥物分子或感測器。還可以根據所需的摩擦力的大小，改變水凝膠的設計從而改變疊層的光滑度。

「我們能夠大規模製造可以塗覆醫療器械的水凝膠，而且這種水凝膠還不會對人體造成刺激，」趙選賀說。「基於這個技術平台的應用有多廣泛可想而知。」

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