瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)研究所（EMPA）和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）研究中心的專家們攜手，共同開創(chuàng)了一個突破性的項目。他們成功研發(fā)出一種激光焊接技術(shù)，這種技術(shù)能夠快速且安全地愈合傷口，且無需額外的激光保護措施。

專家將納米顆粒膏藥涂在傷口上，然后用光線使傷口變硬——這種新的傷口密封方法可以成為手術(shù)室的新工具。

圖片（圖片來源：EMPA）

根據(jù)ETH團隊的說法，手術(shù)醫(yī)生們以往就對激光焊接作為傷口閉合方法進行了相關(guān)研究。這種方法被認(rèn)為可以加速愈合、降低感染風(fēng)險，但與此同時也伴隨著溫度監(jiān)測和控制的挑戰(zhàn)。

他們面臨的關(guān)鍵問題在于，這種熱反應(yīng)必須保持在生物材料的固有范圍內(nèi)，而溫度又很難以非侵入性的方式測量——這一直是醫(yī)學(xué)中焊接工藝應(yīng)用的一個難題。

先前的研究包括2018年亞利桑那州立大學(xué)的一個項目，該項目將金納米顆粒納入焊料材料中，以影響熱效應(yīng)并最大限度地減少炎癥。

而此次的解決方案則是由EMPA的粒子-生物相互作用實驗室、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的納米粒子系統(tǒng)工程實驗室共同設(shè)計的。他們研發(fā)出了一種含有金屬和陶瓷納米粒子的粘合劑，并利用納米溫度計來控制溫度。這種新型的焊接方法被稱為“iSoldering”（intelligent solder，智能焊料）。

這種技術(shù)使用兩種類型的納米顆粒——氮化鈦和釩酸鉍。當(dāng)這些顆粒被周圍組織微弱吸收的光源照射時，氮化鈦將光轉(zhuǎn)化為熱，而釩酸鉍則作為“納米溫度計”，根據(jù)溫度變化發(fā)出不同的波長。

通過醫(yī)用紅外線燈進行臨床轉(zhuǎn)譯

研究人員表示，這種納米顆粒的組合使iSoldering特別適合微創(chuàng)手術(shù)。因為結(jié)合焊料不需要攪拌，而且在淺層和深層的傷口中都能以極高的空間分辨率確定溫差。

在完成對提出技術(shù)的數(shù)學(xué)建模后，該項目與蘇黎世大學(xué)醫(yī)院、美國克利夫蘭診所和布拉格查爾斯大學(xué)的外科醫(yī)生展開合作，開始評估iSoldering在臨床上的應(yīng)用潛力。

EMPA的專家們表示：“在實驗室測試中，研究團隊成功實現(xiàn)了包括胰腺和肝臟等器官傷口的快速、穩(wěn)定且生物相容性的結(jié)合，即使面對極具挑戰(zhàn)性的組織塊，如尿道、輸卵管或腸道，iSoldering也能展現(xiàn)出其出色的密封效果。”

研究小組在其論文中進一步指出，當(dāng)面臨不正確的縫線定位等普遍問題時，iSoldering在機器人和腹腔鏡手術(shù)中具有巨大的應(yīng)用潛力。

目前，雖然“iSoldering”這一方案最初設(shè)想的是直接激光照射方式，但研究團隊正在探索是否能夠通過使用更溫和、低強度的近紅外照明實現(xiàn)相同的效果。如果得以實現(xiàn)，這將極大地簡化臨床轉(zhuǎn)移過程，因為醫(yī)學(xué)上已經(jīng)廣泛認(rèn)可并使用近紅外光燈。

EMPA的Inge Herrmann評論稱：“如果能夠利用醫(yī)學(xué)上已認(rèn)可的紅外光燈，那么這種創(chuàng)新的焊接技術(shù)將有望在傳統(tǒng)手術(shù)室中得到應(yīng)用，而無需采取額外的激光保護措施。”