从昆虫翅膀获灵感 美国研发植入物智能抗菌涂层

随着人口老龄化，骨科植入物应用渐多，患者会面临一定程度的植入物周围感染和器械故障风险。美国研究机构从蜻蜓和蝉的翅膀获得灵感，研发出一种智能涂层，兼容现有商用骨科植入物，既可降低细菌感染风险，又能预警植入物故障。

2019年8月1日，在缅甸仰光，一只蜻蜓停在一朵含苞待放的荷花上。新华社发（吴昂摄）

伊利诺伊大学厄巴纳-尚佩恩分校研究人员在美国《科学进展》杂志5日刊载的论文中介绍，他们从蝉和蜻蜓的“天然抗菌翅膀”中获得灵感，制造出一种非常薄的涂层。它的一面是模仿昆虫翅膀表面的一排排纳米柱，可穿透细胞膜杀死微生物。与抗生素涂层相比，这种涂层不会直接释放任何化学物质，从而避免产生耐药性或毒副作用。

涂层的另一面，即与植入物接触的那一面是高灵敏度的柔性电子传感器阵列，可监测压力变化。依据研究人员说法，这种传感器阵列不仅有助于医生监测患者康复进展，还能在植入物发生故障前发出预警，提醒及时修复或更换。

依据研究人员说法，感染和器械故障是骨科植入物常见的两种风险。其中，植入物周围感染会影响1%至10%的手术患者，是骨科手术早期失败的最常见原因。还有超过10%的患者会出现由植入物故障引发的并发症，而这些并发症目前主要通过X射线或骨扫描成像诊断，检测手段滞后且灵敏度有限。相比之下，新研发的智能涂层能够直接实时监测植入物变化，为早期诊断和干预提供依据。

为测试原型装置，研究人员在老鼠体内植入涂层，发现它在抗菌方面表现良好，且具有长期稳定性，同时能够防止体液渗透，具有较好的应变传感能力。他们还在脊柱植入物表面使用这种涂层，然后植入绵羊体内，确认它在故障诊断方面也发挥出色。

目前这种原型装置需要连接电线。研究人员说，他们下一步计划开发出无线电源和数据通信接口，这是临床应用的关键一步。与此同时，研究人员致力于实现纳米柱结构杀菌涂层的大规模生产。