生物仿生學，即根據對自然界的觀察創造人造物品的做法，多年來一直是醫學界創新的強大動力。我們已經看到了一種可以製造更好的骨植入物的材料，其靈感來自於木材和動物角中發現的不同類型的孔隙；一種受仙人掌啟發的傳感器，可以收集汗液進行分析；還有一種基於食肉植物投手的葉子的大腦植入物塗層。

受蜻蜓和蟬翼的啟發，研究人員開發了一種用於骨科植入物的新塗層。它不僅能殺滅有害細菌，還能監測系統的壓力，這意味著它可以警告即將發生的植入物故障。

伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校（UI）的研究人員再次向大自然尋求塗層解決方案，他們從蜻蜓和蟬的對抗細菌的翅膀中找到了解決骨科植入物產生的一個頑固問題：感染。

據這項研究的負責人、UI的材料科學和工程教授Qing Cao說，一直以來都沒有足夠的方法來處理影響多達10%的植入物患者在植入物層面的感染。他說，目前使用重金屬離子來對抗細菌的努力也會對附近的組織造成損害，而且塗有抗生素藥物的植入物最終會在化學品耗盡時失效。它們也不能有效地對抗抗生素耐藥菌，這在醫學界是一個日益嚴重的問題。

因此，Cao和他的團隊創造了一種用於植入物的薄箔塗層，其一面由納米柱組成，如昆蟲翅膀上的那些。當細菌細胞接觸到這些柱子時，它們會被刺穿並失去活力。

該研究的合著者、病理生物學教授Gee Lau說：”使用機械方法來殺死細菌，使我們能夠繞過化學方法的很多問題，同時仍然給予我們將塗層應用於植入物表面所需的靈活性。”

一舉兩得

研究人員不滿足於只解決骨科植入物的一個問題，他們意識到他們的塗層可以解決另一個問題：設備故障。Cao說，這個問題也影響到所有接受植入物的患者中的10%。

因此，在薄膜的另一面，研究人員嵌入了靈活的微傳感器，能夠測量應用了塗層的植入物的機械應力。研究人員說，這不僅可以讓醫生知道身體在植入物周圍的癒合情況，而且可以在人工關節的壓力過大時發出警報。

在動物試驗中，這種塗層表現良好，可以抵禦小鼠身上的細菌，並從綿羊的脊柱植入物中發送壓力信號。雖然目前的塗層需要一個外部電源，但研究人員說他們現在正在研究一個無線解決方案。

該塗層被應用於綿羊的標準脊柱植入物，在那裡它成功地測量了機械應力

Cao說：”這些類型的抗菌塗層有很多潛在的應用，由於我們的塗層使用的是機械機制，它有可能用於化學品或重金屬離子–如現在商業抗菌塗層中使用的–會造成損害的地方。”

這項研究已經發表在《科學》雜誌上。