Cateteres, linhas intravenosas, e outros tipos de tubos cirúrgicos são uma necessidade médica para o gerenciamento de uma ampla gama de doenças. Mas a experiência do paciente com esses dispositivos raramente é confortável.

Agora, os engenheiros do MIT desenvolveram um material semelhante a um gel que pode ser revestido em dispositivos de plástico ou borracha padrão, proporcionando um toque mais suave, exterior mais escorregadio que pode aliviar significativamente o desconforto do paciente. O revestimento pode até ser adaptado para monitorar e tratar sinais de infecção.

Em um artigo publicado hoje na revista Materiais Avançados de Saúde , a equipe descreve seu método para unir fortemente uma camada de hidrogel - uma camada mole, material polimérico escorregadio que consiste principalmente de água - até elastômeros comuns, como látex, borracha, e silicone. Os resultados são "laminados de hidrogel" que são ao mesmo tempo macios, extensível, e escorregadio, e impermeável a vírus e outras moléculas pequenas.

O revestimento de hidrogel pode ser incorporado com compostos para detectar, por exemplo, moléculas inflamatórias. Os medicamentos também podem ser incorporados e lentamente liberados do revestimento de hidrogel, para tratar a inflamação no corpo.

O time, liderado por Xuanhe Zhao, o Professor Associado de Desenvolvimento de Carreira Robert N. Noyce no Departamento de Engenharia Mecânica do MIT, camadas ligadas de hidrogel em vários dispositivos médicos baseados em elastômero, incluindo cateteres e tubos intravenosos. Eles descobriram que os revestimentos eram extremamente duráveis, resistir a dobras e torções, sem rachar. Os revestimentos também eram extremamente escorregadios, exibindo muito menos atrito do que os cateteres não revestidos padrão - uma qualidade que pode reduzir o desconforto dos pacientes.

O grupo também revestiu com hidrogel outro produto de elastômero amplamente utilizado:preservativos. Além de aumentar o conforto dos preservativos de látex existentes, reduzindo o atrito, uma camada de hidrogel pode ajudar a melhorar sua segurança, uma vez que o hidrogel pode ser incorporado com medicamentos para combater uma alergia ao látex, dizem os pesquisadores.

"Demonstramos que o hidrogel realmente tem potencial para substituir os elastômeros comuns, "Zhao diz." Agora temos um método para integrar géis com outros materiais. Achamos que isso tem potencial para ser aplicado a uma ampla gama de dispositivos médicos que fazem interface com o corpo. "

Os co-autores de Zhao são o autor principal e estudante de graduação German Parada, alunos de graduação Hyunwoo Yuk e Xinyue Liu, e o cientista visitante Alex Hsieh.

Um gel sob medida

O grupo de Zhao desenvolveu anteriormente receitas para fazer duras, hidrogéis extensíveis de misturas compostas principalmente de água e um pouco de polímero. Eles desenvolveram uma técnica para ligar hidrogéis a elastômeros, primeiro tratando superfícies como borracha e silicone com benzofenona, uma solução molecular que, quando exposto à luz ultravioleta, cria fortes ligações químicas entre o elastômero e o hidrogel.

Os pesquisadores aplicaram essas técnicas para fabricar um laminado de hidrogel:uma camada de elastômero imprensada entre duas camadas de hidrogel. Eles então submeteram a estrutura laminada a uma bateria de testes mecânicos e descobriram que a estrutura permanecia fortemente ligada, sem rasgar ou rachar, mesmo quando esticado várias vezes seu comprimento original.

A equipe também colocou a estrutura laminada em um tanque de duas câmaras, preenchido de um lado com água desionizada e do outro com corante molecular. Depois de várias horas, o laminado evitou que qualquer corante migrasse de um lado da câmara para o outro, enquanto uma camada de hidrogel sozinha deixa o corante passar. A camada de elastômero do laminado, eles concluíram, tornou a estrutura como um todo fortemente impermeável - uma característica que eles raciocinaram também poderia impedir a passagem de vírus e outras moléculas pequenas.

Em outros testes, a equipe misturou quimicamente moléculas de detecção de pH na camada de hidrogel que reveste um lado da camada de elastômero, e corante alimentar verde na camada oposta de hidrogel. Eles mais uma vez colocaram toda a estrutura no tanque de duas câmaras e encheram ambos os lados com água dioinizada.

Conforme os pesquisadores mudaram a acidez da água do tanque, eles observaram que as partes do hidrogel contendo indicadores de pH acenderam. Enquanto isso, o corante verde vazou lentamente da camada oposta de hidrogel para o segundo tanque, mimetizando a ação de moléculas de drogas.

"Podemos colocar moléculas de detecção de pH em hidrogéis, ou drogas que são gradualmente liberadas, "Parada diz." Para diferentes aplicações, podemos modificar o gel para acomodar essa aplicação. "

Nós de amarração

Como uma primeira incursão em possíveis aplicações para laminados de hidrogel, os pesquisadores usaram suas técnicas desenvolvidas anteriormente para revestir hidrogel em vários dispositivos de elastômero, incluindo tubos de silicone, um cateter de Foley, e um preservativo. "Nosso primeiro foco principal foram os cateteres, porque são rígidos e não muito confortáveis, e a infecção de cateteres pode causar cerca de 50 por cento das readmissões em hospitais, "Parada diz." Também pensamos que poderíamos aplicar isso aos preservativos, porque os preservativos de látex existentes causam muitas sensibilidades e alergias, e se você pode colocar drogas no gel, você poderia ter uma proteção melhor. "

Mesmo depois de dobrar e dobrar bruscamente o tubo revestido em um nó, os pesquisadores descobriram que o revestimento de hidrogel permaneceu fortemente ligado ao tubo sem causar rasgos. O mesmo aconteceu quando os pesquisadores inflaram o cateter revestido e o preservativo revestido.

Parada diz que as dimensões de um laminado de hidrogel podem ser ajustadas para acomodar diferentes dispositivos. Por exemplo, os cientistas podem escolher um elastômero mais espesso para aumentar a rigidez do laminado, ou use um revestimento mais espesso de hidrogel para incorporar mais moléculas de drogas ou sensores. Os hidrogéis também podem ser projetados para serem mais ou menos escorregadios, dependendo da quantidade de atrito desejada.

"Temos a capacidade de fabricar estruturas de hidrogel em grande escala que podem revestir dispositivos médicos, e o hidrogel não agita o corpo, "Zhao diz." Esta é uma plataforma tecnológica na qual você pode imaginar muitos aplicativos. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.