Миниатюрные генераторы электричества могут ускорить заживление ран

Маленькие повязки, генерирующие электричество в ответ на движение, могут ускорить заживление ран и регенерацию тканей. Ученые из Тайваня обобщили последние достижения и потенциальные применения этой технологии в журнале Science and Technology of Advanced Materials.

Естественный процесс заживления ран включает сложные взаимодействия ионов, клеток, кровеносных сосудов, генов и иммунной системы. Неотъемлемая часть этого процесса — генерация слабого электрического поля поврежденным эпителием (слоем клеток, покрывающим ткань). Это поле возникает из-за градиента ионов в ране, что играет важную роль в направлении миграции клеток и стимулировании образования кровеносных сосудов.

Ученые обнаружили в середине-конце XX века, что стимуляция ткани электрическим полем может улучшить заживление. Современные исследования сосредоточены на разработке небольших, носимых и недорогих пластырей, не требующих громоздкого внешнего оборудования.

Это привело к изучению пьезоэлектрических материалов, включая природные (кристаллы, шелк, дерево, кость, волосы, каучук) и синтетические (аналоги кварца, керамики, полимеры). Эти материалы генерируют электрический ток при механическом напряжении. Особенно перспективны наногенераторы на основе синтетических материалов.

Например, некоторые команды исследуют самовосстанавливающиеся пьезоэлектрические наногенераторы из наностержней оксида цинка на матрице полидиметилсилоксана. Оксид цинка обладает пьезоэлектрическими свойствами и биосовместим. Другие ученые используют каркасы из полиуретана и поливинилиденфторида (PVDF) из-за их высокой пьезоэлектричности, химической стабильности, простоты изготовления и биосовместимости. Эти и другие пьезоэлектрические наногенераторы показали многообещающие результаты в лабораторных и животных исследованиях.

Другой тип устройств — трибоэлектрические наногенераторы (TENG) — генерируют ток при контакте и разделении двух материалов. Ученые экспериментируют с TENG, вырабатывающими электричество от движений дыхания, чтобы ускорить заживление ран у крыс. Также они создают пластыри TENG, загруженные антибиотиками, для одновременного лечения локальной инфекции.

«Пьезоэлектрические и трибоэлектрические наногенераторы — отличные кандидаты для самостоятельного заживления ран благодаря их легкости, гибкости, эластичности и биосовместимости, — говорит биоинженер Цзун-Хун Лин из Национального университета Цин Хуа на Тайване. — Но для их клинического применения все еще есть несколько препятствий».

Например, их необходимо адаптировать под размер раны, который сильно варьируется. Также они должны надежно крепиться, не подвергаясь негативному воздействию или коррозии из-за жидкостей, естественным образом выделяемых из раны.

«Наша будущая цель — разработать экономичные и высокоэффективные системы перевязки ран для практического клинического применения», — говорит Лин.