伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的研究人員最近為整形外科植入物開發出了創新的”智能”塗層。這些塗層能夠監測植入物的應力，及早發現潛在的植入物故障。此外，它們還能對抗可能導致感染的有害細菌。受蜻蜓和蟬翼的啟發，這種智能塗層將柔性傳感器與納米結構抗菌表面融為一體。

伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校開發的骨科植入物智能塗層一面是殺滅細菌的納米柱，另一面是應變映射柔性電子元件。這可以幫助醫生指導病人康復，並在設備出現故障前進行維修或更換。資料來源：伊利諾伊大學貝克曼ITG

在《科學進展》（Science Advances）雜誌的一項新研究中，一個多學科研究小組發現，這種塗層能防止活體小鼠感染，並能繪製應用於羊脊柱的商業植入物的菌株圖，以警告各種植入物或癒合失敗。

研究負責人、伊利諾伊大學材料科學與工程系教授Qing Cao 說：”這是生物啟發納米材料設計與柔性電子學的結合，可解決複雜、長期的生物醫學問題。”

Cao說，感染和設備故障都是骨科植入物的主要問題，每種問題都會影響多達10%的患者。他說，人們已經嘗試了幾種抗感染的方法，但都有嚴重的局限性： 拒水錶面仍會形成生物膜，含有抗生素化學物質或藥物的塗層在幾個月內就會耗盡，對周圍組織產生毒害作用，對抗藥性細菌病原體的效果甚微。

伊利諾斯州的研究小組從蟬和蜻蜓的天然抗菌翅膀中汲取靈感，創造出一種薄薄的箔片，上面的納米級支柱就像昆蟲翅膀上的一樣。當細菌細胞試圖與箔片結合時，支柱會刺穿細胞壁，殺死細菌。

這項研究的共同作者、病理生物學教授吉-劉（Gee Lau）說：”使用機械方法殺滅細菌讓我們繞過了化學方法的許多問題，同時還讓我們能夠靈活地將塗層應用到植入物表面。”

在納米結構箔片接觸植入裝置的背面，研究人員集成了高靈敏度的柔性電子傳感器陣列，用於監測應變。研究人員說，這可以幫助醫生觀察每個病人的癒合進度，指導他們進行康復治療，以縮短康復時間並將風險降到最低，還可以在設備出現故障前進行維修或更換。

工程小組隨後與獸醫臨床醫學教授安妮特-麥考伊（Annette McCoy）合作測試了他們的原型設備。他們將薄膜植入活體小鼠體內，監測它們是否出現任何感染跡象，甚至在引入細菌時也是如此。他們還將塗層應用於市場上銷售的脊柱植入物，並監測植入物在正常負荷下對綿羊脊柱的應變，以診斷裝置故障。塗層很好地完成了這兩項功能。

原型電子器件需要線纜，但研究人員下一步計劃為塗層開發無線供電和數據通信接口，這是臨床應用的關鍵一步。他們還在努力開發納米柱紋理殺菌箔的大規模生產。

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，因此它有可能應用於化學物質或重金屬離子（目前商業抗菌塗層中使用的化學物質或重金屬離子）會造成危害的地方。”