Experter från det schweiziska federala institutet för materialvetenskap och teknik (EMPA) och forskningscentret ETH Zürich har gått samman för att skapa ett genombrottsprojekt. De har lyckats utveckla en lasersvetsteknik som läker sår snabbt och säkert utan extra laserskydd.
Experterna applicerar ett nanopartikelomslag på såret och använder sedan ljus för att härda såret – en ny metod att täta sår som kan bli ett nytt verktyg i operationssalen.
Enligt ETH-teamet har kirurger tidigare bedrivit forskning relaterad till lasersvetsning som sårtillslutningsmetod. Denna metod tros påskynda läkningen och minska risken för infektion, men kommer med utmaningen att övervaka och kontrollera temperatur.
Nyckelfrågan de står inför är att denna termiska respons måste förbli inom biomaterialens inneboende intervall, och temperaturen är svår att mäta på ett icke-invasivt sätt - vilket har varit en utmaning vid tillämpningen av svetsprocesser inom medicin.
Tidigare forskning inkluderar ett 2018 projekt vid Arizona State University som inkorporerade guldnanopartiklar i lödmaterial för att påverka termiska effekter och minimera inflammation.
Lösningen denna gång, å andra sidan, designades av EMPA:s Particle-Biological Interactions Laboratory och Nanopartikel Systems Engineering Laboratory vid ETH Zürich. De utvecklade ett lim som innehöll metall och keramiska nanopartiklar och använde en nanotermometer för att kontrollera temperaturen. Den nya lödmetoden kallas "iSoldering" (intelligent lödning).
Tekniken använder två typer av nanopartiklar - titannitrid och vismutvanadat. När dessa partiklar belyses av en ljuskälla som absorberas svagt av den omgivande vävnaden, omvandlar titannitrid ljuset till värme, medan vismutvanadatet fungerar som en "nanotermometer" som avger olika våglängder beroende på temperaturen.
Klinisk översättning av medicinska infraröda lampor
Denna kombination av nanopartiklar gör iSoldering särskilt lämplig för minimalt invasiva procedurer, enligt forskarna. Detta beror på att det kombinerade lodet inte kräver omrörning och temperaturskillnaden kan bestämmas med mycket hög rumslig upplösning i både grunda och djupa sår.
Efter att ha slutfört den matematiska modelleringen av den föreslagna tekniken inledde projektet ett samarbete med kirurger från universitetssjukhuset Zürich, Cleveland Clinic i USA och Charles University i Prag för att börja utvärdera potentialen för iSoldering för kliniska tillämpningar.
Experter från EMPA sa: "I laboratorietester lyckades forskargruppen uppnå snabb, stabil och biokompatibel bindning av organsår inklusive bukspottkörteln och levern. iSoldering visade sin utmärkta tätningseffekt även i ansiktet av utmanande vävnadsblock som urinröret. , äggledare eller tarmar."
Forskargruppen noterade vidare i sin uppsats att iSoldering har stor potential för användning i robot- och laparoskopisk kirurgi när de står inför vanliga problem som felaktig suturpositionering.
För närvarande, medan alternativet "iSoldering" ursprungligen var tänkt som en direkt laserbestrålningsmetod, undersöker teamet om samma effekt kan uppnås genom att använda mildare, lågintensiv nära-infraröd belysning. Om det uppnås skulle detta avsevärt förenkla den kliniska överföringsprocessen, eftersom nära-infrarött ljus redan är allmänt erkänt och används inom medicin.
EMPA:s Inge Herrmann kommenterade, "Om det är möjligt att använda medicinskt accepterat infrarött ljus, kommer denna innovativa svetsteknik förhoppningsvis att hitta sin väg in i den traditionella operationssalen utan att behöva ytterligare laserskyddsåtgärder."
Denna kombination av nanopartiklar gör iSoldering särskilt lämplig för minimalt invasiv kirurgi, sa forskarna. Detta beror på att det kombinerade lodet inte kräver omrörning och temperaturskillnaden kan bestämmas med mycket hög rumslig upplösning i både grunda och djupa sår.
Efter att ha slutfört den matematiska modelleringen av den föreslagna tekniken inledde projektet ett samarbete med kirurger från universitetssjukhuset Zürich, Cleveland Clinic i USA och Charles University i Prag för att börja utvärdera potentialen för iSoldering för kliniska tillämpningar.
Experter från EMPA sa: "I laboratorietester lyckades forskargruppen uppnå snabb, stabil och biokompatibel bindning av organsår inklusive bukspottkörteln och levern. iSoldering visade sin utmärkta tätningseffekt även i ansiktet av utmanande vävnadsblock som urinröret. , äggledare eller tarmar."
Forskargruppen noterade vidare i sin uppsats att iSoldering har stor potential för användning i robot- och laparoskopisk kirurgi när de står inför vanliga problem som felaktig suturpositionering.
För närvarande, medan alternativet "iSoldering" ursprungligen var tänkt som en direkt laserbestrålningsmetod, undersöker teamet om samma effekt kan uppnås genom att använda mildare, lågintensiv nära-infraröd belysning. Om det uppnås skulle detta avsevärt förenkla den kliniska överföringsprocessen, eftersom nära-infrarött ljus redan är allmänt erkänt och används inom medicin.
EMPA:s Inge Herrmann kommenterade, "Om det är möjligt att använda medicinskt accepterat infrarött ljus, kommer denna innovativa svetsteknik förhoppningsvis att hitta sin väg in i den traditionella operationssalen utan att behöva ytterligare laserskyddsåtgärder."
