移除医疗设备的更简单方法

金属支架或订书钉在体内按需分解可以消除一些外科和内窥镜手术。

通过利用导致金属断裂的现象，麻省理工学院的研究人员设计了医疗设备，可以在体内用作支架，订书钉或药物库，然后在不再需要时根据需要安全地分解。

研究人员表明，由铝制成的生物医学设备可以通过将它们暴露于称为共晶镓 - 铟(EGaIn)的液态金属中来分解。在实践中，这可以通过将液体涂在用于将皮肤固定在一起的订书钉上来起作用，例如，或者通过将EGaIn微粒施用于患者。

研究人员表示，触发此类设备的解体可以消除手术或内窥镜程序将其移除的需要。

“这是一个非常戏剧性的现象，可以应用于多种环境，”麻省理工学院机械工程Karl van Tassel职业发展助理教授，布莱根妇女医院胃肠病学家Giovanni Traverso说。“这有可能使系统能够不需要干预，例如内窥镜检查或外科手术来移除设备。

Traverso是该研究的资深作者，发表在Advanced Materials上。麻省理工学院博士后Vivian Feig是该论文的主要作者。

分解金属

几年来，Traverso的实验室一直在研究可摄入的设备，这些设备可以在消化道中停留数天或数周，并按特定时间表释放药物。

这些设备中的大多数都是由聚合物制成的，但最近研究人员一直在探索使用更坚固、更耐用的金属的可能性。然而，交付金属设备的挑战之一是找到一种方法，一旦不再需要它们，就可以将它们移除。

为了创造可以在体内按需分解的设备，麻省理工学院的研究小组从一种称为液态金属脆化的现象中汲取了灵感。这个过程已被充分研究为金属结构的失效来源，包括由锌和不锈钢制成的结构。

“众所周知，液态金属的某些组合实际上可以进入固体金属的晶界，并导致它们变弱并急剧失效，”Feig说。“我们想看看我们是否可以有效地利用这种已知的故障机制来构建这些生物医学设备。

一种可以引起脆化的液态金属是镓。在这项研究中，研究人员使用了共晶镓 - 铟，这是一种镓的合金，科学家们已经探索了生物医学以及能源和柔性电子产品的各种应用。

对于设备本身，研究人员选择使用铝，众所周知，铝在暴露于镓时容易脆化。

镓以两种方式削弱铝等固体金属。首先，它可以扩散穿过金属的晶界——构成金属的晶体之间的边界线——导致金属碎片断裂。麻省理工学院的研究小组表明，他们可以通过设计具有不同类型晶粒结构的金属来利用这种现象，使它们在给定点断裂成小块或断裂。

镓还可以防止铝在其表面形成保护性氧化层，从而增加金属与水的暴露并增强其降解。

麻省理工学院的研究小组表明，在他们将镓 - 铟涂在铝设备上后，金属会在几分钟内分解。研究人员还创造了镓铟的纳米颗粒和微粒，并表明这些悬浮在流体中的颗粒也可以分解铝结构。

按需解体

虽然研究人员开始这项工作是为了创造可以在胃肠道中分解的设备，但他们很快意识到它也可以应用于其他生物医学设备，如订书钉和支架。

为了演示胃肠道应用，研究人员设计了一种星形装置，手臂通过空心铝管连接到中央弹性体上。药物可以携带在手臂中，装置的形状有助于其在胃肠道中保留较长时间。在一项动物研究中，研究人员表明，用镓铟治疗后，这种装置可以在胃肠道中分解。

研究人员随后创造了铝钉，并表明它们可以用来将组织固定在一起，然后用镓铟涂层溶解。

“现在，去除订书钉实际上会引起更多的组织损伤，”费格说。“我们证明，通过我们的镓配方，我们可以将其涂在订书钉上，然后让它们按需分解。

研究人员还表明，他们设计的铝支架可以植入食道组织，然后被镓 - 铟分解。

目前，食管支架要么永久留在体内，要么在不再需要时通过内窥镜移除。这种支架通常由镍钛合金等金属制成，镍钛合金是镍钛合金。研究人员现在正在努力研究他们是否可以用镍钛诺和其他金属制造可溶解的装置。

“从材料科学的角度来看，一个令人兴奋的事情是：我们是否可以采用临床中更常用的其他金属并对其进行修改，以便它们也可以主动触发?”费格说。

在这项研究中，研究人员对啮齿动物进行了初步的毒性研究，发现镓铟即使在高剂量下也是无毒的。然而，研究人员说，需要更多的研究来确保对患者进行安全管理。

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