折纸风格的医疗薄膜贴片，可密封内部伤痕用于机器人微创手术
可以折叠在手术工具周围的贴片有一天可以用于机器人手术中，以修复组织和器官。
如今，许多外科手术都是通过微创手术进行的，其中需要做一个小切口，然后将微型相机和手术工具穿过人体，以去除肿瘤并修复受损的组织和器官。与开放式手术相比，该过程可减轻疼痛并缩短恢复时间。
尽管可以通过这种方式执行许多过程，但外科医生在过程中的一个重要步骤上可能面临挑战：内部伤口和泪液的密封。
麻省理工学院的工程师从折纸中汲取灵感，现在设计了一种医疗贴片，可以将其折叠在微创手术工具周围，并通过气道，肠子和其他狭窄空间传送，以修补内部伤害。干燥时，贴剂类似于可折叠的纸状薄膜。一旦与潮湿的组织或器官接触，它就会转变成可拉伸的凝胶，类似于隐形眼镜，并会粘在受伤的部位。
与现有的外科手术粘合剂不同，该团队的新胶带旨在在暴露于细菌和体液时抵抗污染。随着时间的流逝，该贴剂可以安全地生物降解。该团队已将其结果发表在《高级材料》杂志上。
研究人员正在与临床医生和外科医生合作，以优化用于外科手术的设计，他们设想可以通过微创手术工具（由外科医生直接或通过医疗机器人进行远程操作）来交付新的生物粘合剂。
"微创手术和机器人手术正越来越多地被采用，因为它们减少了创伤并加快了与开放手术有关的康复。但是，在这些手术中，内部伤口的密封面临挑战。"麻省理工学院机械工程学和土木与环境工程学教授赵宣和说。
明尼苏达州罗彻斯特市梅奥诊所的心脏麻醉学家和重症监护医师克里斯托夫·纳布兹克（Christoph Nabzdyk）补充说："这种贴片技术涵盖了许多领域。" "这可用于修复阴道镜下的穿孔，或在创伤或选择性手术干预后密封实体器官或血管。不必执行完全开放的手术方法，而是可以从内部提供贴剂，以至少暂时地甚至长期地密封伤口。"
该研究的合著者包括主要作者Sarah Wu和Hyunwoo Yuk，以及MIT的Jingjing Wu。
分层保护
当前在微创手术中使用的生物粘合剂主要以可生物降解的液体和胶水的形式使用，它们可以散布在受损的组织上。但是，当这些胶水固化时，它们会在较软的下层表面变硬，形成不完善的密封。血液和其他生物液体也会污染胶水，从而无法成功粘附到受伤部位。胶水也可以在伤口完全愈合之前被洗掉，在使用后，胶水也会引起炎症和疤痕组织形成。
考虑到当前设计的局限性，该团队旨在设计一种能够满足三个功能要求的替代方案。它应该能够粘在受伤部位的湿表面上，避免在到达目的地之前与任何东西结合，并且一旦应用于受伤部位，就可以抵抗细菌污染和过度发炎。
团队的设计以三层补丁的形式满足了所有三个要求。中间层是主要的生物粘合剂，由水凝胶材料制成，嵌入了称为NHS酯的化合物。当与潮湿的表面接触时，粘合剂吸收周围的所有水分，并变得柔韧而有弹性，成型为组织的轮廓。同时，粘合剂中的酯与组织表面上的化合物形成牢固的共价键，从而在两种材料之间形成紧密的密封。该中间层的设计基于Zhao小组的先前工作。
然后，研究小组将粘合剂夹在两层之间，每层都有不同的保护作用。底层由涂有硅油的材料制成，该材料可起到暂时润滑粘合剂的作用，从而防止粘合剂在通过人体时粘在其他表面上。当粘合剂到达其目的地并轻轻地压在受伤的组织上时，硅油就会被挤出，从而使粘合剂与组织结合。
胶粘剂的顶层由嵌入两性离子聚合物或由正负离子组成的分子链的弹性体膜组成，该分子链可将周围的水分子吸引到弹性体的表面。这样，粘合剂的朝外层形成水基皮肤，或阻挡细菌和其他污染物。
Yuk说："在微创手术中，您无法轻松访问要施加胶粘剂的部位。" "在前往目的地的过程中，您确实在与许多随机的污染物和体液作斗争。"
适合机器人
在一系列的演示中，研究人员表明，即使长时间浸没在包括血液的液体烧杯中，这种新的生物粘合剂也可以牢固地粘附在动物组织样品上。
他们还使用折纸启发的技术将粘合剂折叠在微创手术中常用的器械周围，例如球囊导管和外科缝合器。他们通过主要气道和血管的动物模型（包括气管，食道，主动脉和肠）穿插了这些工具。通过给球囊导管充气或对订书机施加轻微压力，他们能够将贴片粘贴到撕裂的组织和器官上，直到贴片后一个月之内都没有发现修补部位或其附近的污染迹象。
研究人员预想，新的生物粘合剂可以预先折叠的形式制造，这样外科医生可以轻松地将其安装在微创器械周围以及机器人手术中使用的工具上。他们正在寻求与设计师合作，以将生物粘合剂集成到机器人手术平台中。
Wu说："我们相信，这种补丁在形式和功能上的新颖性代表着克服机器人手术中的翻译障碍并促进生物粘附材料在临床上更广泛采用的令人振奋的一步。"
该研究得到了美国国家科学基金会的部分支持。