電子繃帶和可生物降解的電子植入物可以預(yù)防感染并加速康復(fù)

電能幫助心臟跳動、肌肉抽動，以及身體與大腦交流。現(xiàn)在科學家們越來越多地利用電來促進治療。以前的發(fā)明通常體積龐大，而新型“電子療法”裝置則更容易佩戴，有些甚至可以在體內(nèi)生物降解。有朝一日，以下的這些設(shè)計可能會幫助患者康復(fù)。

可生物降解的植入物

研究發(fā)現(xiàn)，電場可以加速受損神經(jīng)的修復(fù)，大概是通過觸發(fā)神經(jīng)元和附近細胞釋放出可使神經(jīng)再生的化學物質(zhì)實現(xiàn)的。來自伊利諾伊州埃文斯頓市西北大學的材料科學家約翰?羅杰斯（John Rogers）說，這種療法目前僅在外科手術(shù)中應(yīng)用。

現(xiàn)在，羅杰斯和他的同事們已經(jīng)研制出一種可生物降解的植入物，它能連續(xù)地向神經(jīng)傳遞電脈沖，不再需要時，它就會分解。這個裝置的寬度大約等于一枚硬幣的直徑，厚度和紙差不多，非常柔韌，可以包裹住受傷的神經(jīng)。它由體外發(fā)射器進行無線控制和供電，可以對神經(jīng)進行兩周左右的電刺激，然后被身體吸收。

在對損傷了坐骨神經(jīng)（該神經(jīng)控制小腿和腳的肌腱和肌肉）的大鼠進行的實驗中，這些裝置每天提供1小時的電刺激，持續(xù)1天、3天或6天?？茖W家對大鼠進行了為期10周的監(jiān)測后發(fā)現(xiàn)，大鼠受到的刺激越多，大鼠神經(jīng)信號傳遞功能和肌肉力量恢復(fù)就越快、越徹底。研究人員注意到，該裝置在使用和吸收過程中都沒有產(chǎn)生副作用。

科學家們現(xiàn)在計劃在更大的動物身上測試他們的植入物，這是為了將來能對人類進行測試。他們還想看看對受傷神經(jīng)進行更長時間的刺激是否能產(chǎn)生更多益處。

電子繃帶

身體在愈合過程中會自然地產(chǎn)生電場。威斯康星大學麥迪遜分校的材料科學家王旭東說：“一旦有了傷口，細胞會推動離子通過細胞膜，產(chǎn)生電場。”這有助于細胞沿傷口方向排列和生長。

了解這一點后，王旭東和他的同事們發(fā)明了一種可以將病人身體運動產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)化為電能的繃帶。他說：“我們希望能用這個電場來模擬自然的電場。”

具體來說，繃帶依賴于“摩擦起電”的自然現(xiàn)象，這是產(chǎn)生靜電的最常見原因。當兩種物質(zhì)反復(fù)接觸然后分離，其中一種物質(zhì)的表面會從另一種物質(zhì)中竊取電子，這就是腳在地毯上摩擦會產(chǎn)生電荷的原因。

繃帶由特氟龍材料制成，在一個鍍銅的塑料層上來回滑動。用繃帶纏繞大鼠的軀干，每當大鼠呼吸時，繃帶都會產(chǎn)生電脈沖，并將切口愈合所需的時間從12天的自然愈合期縮短至3天。

多年來，科學家們一直知道電可以幫助皮膚修復(fù)，但如今大多數(shù)電療設(shè)備的電擊都很強。王旭東說，這種新型繃帶的脈沖較為溫和，活性氧（這類化學物質(zhì)可能對組織造成傷害）的產(chǎn)生減少為原先的1/5。

王旭東表示，這種繃帶是由相對普通的材料制成的，制作起來很簡單，這暗示著它們應(yīng)該不會比普通繃帶貴太多?？茖W家們現(xiàn)在計劃在豬皮上測試他們的設(shè)備，因為豬皮更近似人體組織，他補充道。

打敗細菌

高達80%的傷口感染都涉及微生物，微生物形成了被稱為“生物膜”的黏狀堡壘，保護細菌不受抗生素和身體自然防御系統(tǒng)的打擊。電子繃帶能夠?qū)股锬じ腥?，錢丹?森（Chandan Sen）說。他在擔任俄亥俄州立大學再生醫(yī)學和細胞療法中心主任時發(fā)明了這樣一種繃帶。此前，科學家們曾嘗試用藥物來阻止生物膜形成，但細菌很快就進化出了抵抗這些藥物的能力。（8月，森成為印第安納大學一家新的再生醫(yī)學中心的主任。）

森和他的同事們發(fā)現(xiàn)，細菌極度依賴電荷來附著在組織表面上進行交流。森說：“細菌有一個電子生態(tài)系統(tǒng)，如果你擾亂這個系統(tǒng)，它們就失去了彼此粘附和交流的能力?！?/p>

森的研究小組研制出一種含有銀和鋅的繃帶，當被汗或血等體液弄濕時，它會產(chǎn)生微弱的電場。在對有燒傷創(chuàng)口的豬開展的試驗中，科學家用細菌感染了燒傷創(chuàng)口后，使用繃帶在2小時內(nèi)防止了生物膜的形成。感染7天后使用繃帶還可以破壞已經(jīng)形成的生物膜，幫助豬的白細胞攻擊感染。

位于亞利桑那州坦佩的Vomaris Innovations公司正在對這項技術(shù)進行商業(yè)化。森持有該公司的股份，他表示，這項研究目前也在美國國防部資助的一項針對燒傷病人的臨床試驗中應(yīng)用。他和他的同事們正在獨立研究這些繃帶是否能抵抗多重耐藥細菌。森說：“我認為在不久的將來，這些‘電子療法’可以形成一個很大的發(fā)展領(lǐng)域?！?/p>