摺紙風格的醫療薄膜貼片，可密封內部傷痕用於機器人微創手術

可以摺疊在手術工具周圍的貼片有一天可以用於機器人手術中，以修復組織和器官。

如今，許多外科手術都是透過微創手術進行的，其中需要做一個小切口，然後將微型相機和手術工具穿過人體，以去除腫瘤並修復受損的組織和器官。與開放式手術相比，該過程可減輕疼痛並縮短恢復時間。

儘管可以透過這種方式執行許多過程，但外科醫生在過程中的一個重要步驟上可能面臨挑戰：內部傷口和淚液的密封。

麻省理工學院的工程師從摺紙中汲取靈感，現在設計了一種醫療貼片，可以將其摺疊在微創手術工具周圍，並透過氣道，腸子和其他狹窄空間傳送，以修補內部傷害。乾燥時，貼劑類似於可摺疊的紙狀薄膜。一旦與潮溼的組織或器官接觸，它就會轉變成可拉伸的凝膠，類似於隱形眼鏡，並會粘在受傷的部位。

與現有的外科手術粘合劑不同，該團隊的新膠帶旨在在暴露於細菌和體液時抵抗汙染。隨著時間的流逝，該貼劑可以安全地生物降解。該團隊已將其結果發表在《高階材料》雜誌上。

研究人員正在與臨床醫生和外科醫生合作，以最佳化用於外科手術的設計，他們設想可以透過微創手術工具（由外科醫生直接或透過醫療機器人進行遠端操作）來交付新的生物粘合劑。

"微創手術和機器人手術正越來越多地被採用，因為它們減少了創傷並加快了與開放手術有關的康復。但是，在這些手術中，內部傷口的密封面臨挑戰。"麻省理工學院機械工程學和土木與環境工程學教授趙宣和說。

明尼蘇達州羅徹斯特市梅奧診所的心臟麻醉學家和重症監護醫師克里斯托夫·納布茲克（Christoph Nabzdyk）補充說："這種貼片技術涵蓋了許多領域。" "這可用於修復陰道鏡下的穿孔，或在創傷或選擇性手術干預後密封實體器官或血管。不必執行完全開放的手術方法，而是可以從內部提供貼劑，以至少暫時地甚至長期地密封傷口。"

該研究的合著者包括主要作者Sarah Wu和Hyunwoo Yuk，以及MIT的Jingjing Wu。

分層保護

當前在微創手術中使用的生物粘合劑主要以可生物降解的液體和膠水的形式使用，它們可以散佈在受損的組織上。但是，當這些膠水固化時，它們會在較軟的下層表面變硬，形成不完善的密封。血液和其他生物液體也會汙染膠水，從而無法成功粘附到受傷部位。膠水也可以在傷口完全癒合之前被洗掉，在使用後，膠水也會引起炎症和疤痕組織形成。

考慮到當前設計的侷限性，該團隊旨在設計一種能夠滿足三個功能要求的替代方案。它應該能夠粘在受傷部位的溼表面上，避免在到達目的地之前與任何東西結合，並且一旦應用於受傷部位，就可以抵抗細菌汙染和過度發炎。

團隊的設計以三層補丁的形式滿足了所有三個要求。中間層是主要的生物粘合劑，由水凝膠材料製成，嵌入了稱為NHS酯的化合物。當與潮溼的表面接觸時，粘合劑吸收周圍的所有水分，並變得柔韌而有彈性，成型為組織的輪廓。同時，粘合劑中的酯與組織表面上的化合物形成牢固的共價鍵，從而在兩種材料之間形成緊密的密封。該中間層的設計基於Zhao小組的先前工作。

然後，研究小組將粘合劑夾在兩層之間，每層都有不同的保護作用。底層由塗有矽油的材料製成，該材料可起到暫時潤滑粘合劑的作用，從而防止粘合劑在透過人體時粘在其他表面上。當粘合劑到達其目的地並輕輕地壓在受傷的組織上時，矽油就會被擠出，從而使粘合劑與組織結合。

膠粘劑的頂層由嵌入兩性離子聚合物或由正負離子組成的分子鏈的彈性體膜組成，該分子鏈可將周圍的水分子吸引到彈性體的表面。這樣，粘合劑的朝外層形成水基面板，或阻擋細菌和其他汙染物。

Yuk說："在微創手術中，您無法輕鬆訪問要施加膠粘劑的部位。" "在前往目的地的過程中，您確實在與許多隨機的汙染物和體液作鬥爭。"

適合機器人

在一系列的演示中，研究人員表明，即使長時間浸沒在包括血液的液體燒杯中，這種新的生物粘合劑也可以牢固地粘附在動物組織樣品上。

他們還使用摺紙啟發的技術將粘合劑摺疊在微創手術中常用的器械周圍，例如球囊導管和外科縫合器。他們透過主要氣道和血管的動物模型（包括氣管，食道，主動脈和腸）穿插了這些工具。透過給球囊導管充氣或對訂書機施加輕微壓力，他們能夠將貼片貼上到撕裂的組織和器官上，直到貼片後一個月之內都沒有發現修補部位或其附近的汙染跡象。

研究人員預想，新的生物粘合劑可以預先摺疊的形式製造，這樣外科醫生可以輕鬆地將其安裝在微創器械周圍以及機器人手術中使用的工具上。他們正在尋求與設計師合作，以將生物粘合劑整合到機器人手術平臺中。

Wu說："我們相信，這種補丁在形式和功能上的新穎性代表著克服機器人手術中的翻譯障礙並促進生物粘附材料在臨床上更廣泛採用的令人振奮的一步。"

該研究得到了美國國家科學基金會的部分支援。