有助于伤口愈合的电子绷带和可生物降解的电子植入物

电子绷带和可生物降解的电子植入物可以预防感染并加速康复

电能帮助心脏跳动、肌肉抽动，以及身体与大脑交流。现在科学家们越来越多地利用电来促进治疗。以前的发明通常体积庞大，而新型“电子疗法”装置则更容易佩戴，有些甚至可以在体内生物降解。有朝一日，以下的这些设计可能会帮助患者康复。

可生物降解的植入物

研究发现，电场可以加速受损神经的修复，大概是通过触发神经元和附近细胞释放出可使神经再生的化学物质实现的。来自伊利诺伊州埃文斯顿市西北大学的材料科学家约翰•罗杰斯（John Rogers）说，这种疗法目前仅在外科手术中应用。

现在，罗杰斯和他的同事们已经研制出一种可生物降解的植入物，它能连续地向神经传递电脉冲，不再需要时，它就会分解。这个装置的宽度大约等于一枚硬币的直径，厚度和纸差不多，非常柔韧，可以包裹住受伤的神经。它由体外发射器进行无线控制和供电，可以对神经进行两周左右的电刺激，然后被身体吸收。

在对损伤了坐骨神经（该神经控制小腿和脚的肌腱和肌肉）的大鼠进行的实验中，这些装置每天提供1小时的电刺激，持续1天、3天或6天。科学家对大鼠进行了为期10周的监测后发现，大鼠受到的刺激越多，大鼠神经信号传递功能和肌肉力量恢复就越快、越彻底。研究人员注意到，该装置在使用和吸收过程中都没有产生副作用。

科学家们现在计划在更大的动物身上测试他们的植入物，这是为了将来能对人类进行测试。他们还想看看对受伤神经进行更长时间的刺激是否能产生更多益处。

电子绷带

身体在愈合过程中会自然地产生电场。威斯康星大学麦迪逊分校的材料科学家王旭东说：“一旦有了伤口，细胞会推动离子通过细胞膜，产生电场。”这有助于细胞沿伤口方向排列和生长。

了解这一点后，王旭东和他的同事们发明了一种可以将病人身体运动产生的机械能转化为电能的绷带。他说：“我们希望能用这个电场来模拟自然的电场。”

具体来说，绷带依赖于“摩擦起电”的自然现象，这是产生静电的最常见原因。当两种物质反复接触然后分离，其中一种物质的表面会从另一种物质中窃取电子，这就是脚在地毯上摩擦会产生电荷的原因。

绷带由特氟龙材料制成，在一个镀铜的塑料层上来回滑动。用绷带缠绕大鼠的躯干，每当大鼠呼吸时，绷带都会产生电脉冲，并将切口愈合所需的时间从12天的自然愈合期缩短至3天。

多年来，科学家们一直知道电可以帮助皮肤修复，但如今大多数电疗设备的电击都很强。王旭东说，这种新型绷带的脉冲较为温和，活性氧（这类化学物质可能对组织造成伤害）的产生减少为原先的1/5。

王旭东表示，这种绷带是由相对普通的材料制成的，制作起来很简单，这暗示着它们应该不会比普通绷带贵太多。科学家们现在计划在猪皮上测试他们的设备，因为猪皮更近似人体组织，他补充道。

打败细菌

高达80%的伤口感染都涉及微生物，微生物形成了被称为“生物膜”的黏状堡垒，保护细菌不受抗生素和身体自然防御系统的打击。电子绷带能够对抗生物膜感染，钱丹•森（Chandan Sen）说。他在担任俄亥俄州立大学再生医学和细胞疗法中心主任时发明了这样一种绷带。此前，科学家们曾尝试用药物来阻止生物膜形成，但细菌很快就进化出了抵抗这些药物的能力。（8月，森成为印第安纳大学一家新的再生医学中心的主任。）

森和他的同事们发现，细菌极度依赖电荷来附着在组织表面上进行交流。森说：“细菌有一个电子生态系统，如果你扰乱这个系统，它们就失去了彼此粘附和交流的能力。”

森的研究小组研制出一种含有银和锌的绷带，当被汗或血等体液弄湿时，它会产生微弱的电场。在对有烧伤创口的猪开展的试验中，科学家用细菌感染了烧伤创口后，使用绷带在2小时内防止了生物膜的形成。感染7天后使用绷带还可以破坏已经形成的生物膜，帮助猪的白细胞攻击感染。

位于亚利桑那州坦佩的Vomaris Innovations公司正在对这项技术进行商业化。森持有该公司的股份，他表示，这项研究目前也在美国国防部资助的一项针对烧伤病人的临床试验中应用。他和他的同事们正在独立研究这些绷带是否能抵抗多重耐药细菌。森说：“我认为在不久的将来，这些‘电子疗法’可以形成一个很大的发展领域。”