Kredit:Cell Reports Physical Science av Cell Press.
Polymermaterial spelar en viktig roll i dagens medicin. Även om många applikationer kräver långvariga enheter, andra har nytta av material som sönderfaller när deras jobb är gjort. Utformningen av sådana material beror till stor del på förmågan att förutsäga deras nedbrytningsbeteende.
Ett team av forskare vid Helmholtz-Zentrum Geesthacht under ledning av professor Andreas Lendlein etablerade en metod för att snabbare och mer pålitligt förutsäga nedbrytningen av dessa polymermaterial med sofistikerade molekylarkitekturer. Resultaten har rapporterats i dag i det första numret av tidningen Cellrapporter Fysikalisk vetenskap .
Med den så kallade Langmuir-tekniken, författarna överför materialet till ett 2-D-system, och därigenom kringgå de komplexa transportprocesserna som påverkar nedbrytningen av tredimensionella objekt. De skapade analytiska modeller som beskriver olika polymerarkitekturer som är av särskilt intresse för design av multifunktionella implantat och bestämde de kinetiska parametrarna som beskriver nedbrytningen av dessa material.
I nästa steg, forskarna vill använda dessa data för att utföra datasimuleringar av sönderdelningen av terapeutiska polymeranordningar. Tillsynsmyndigheterna föreskriver redan datorsimuleringar av prestanda för sådana enheter, till exempel för vissa stenter. Insikterna från 2-D-nedbrytningsstudierna kommer säkert att förbättra dessa simuleringar. Genom att införa en metod för att snabbt förstå och förutsäga nedbrytningen av polymermaterial, HZG -forskarna bidrar väsentligt till att skapa innovativa, multifunktionella polymerer för regenerativ medicin.
Materialen som möjliggör implementering av flera funktioner, såsom läkemedelsfrisättning eller formförändringsförmåga till nedbrytbara polymerenheter, har sofistikerade molekylarkitekturer. Att studera deras nedbrytningsbeteende hos monoskikt vid luft-vatten-gränssnittet möjliggör en snabb och enkel bedömning av utvecklingen av materialegenskaperna. Insikterna från detta prediktiva verktyg pekar på designprinciper för nästa generations multifunktionella enheter. Kredit:HZG/Institute of Biomaterial Science
Bakgrund — Multifunktionella biomaterial
En implementering av nedbrytbarhet kan vara särskilt användbar för implantat som suturer eller häftklamrar. Dessa föremål behövs bara tillfälligt som ett mekaniskt stöd. Framtida medicinska implantat förväntas utföra mycket mer komplexa uppgifter. Dessa nedbrytbara enheter kommer till exempel att kunna programmeras i en komprimerad form och på detta sätt implanteras med minimalt invasiva tekniker, släppa ett läkemedel som stöder läkningsprocessen, rekrytera rätt celler till dess yta och rapportera om återhämtningen. Här är nedbrytning bara en av flera funktioner som är integrerade i materialen. Än, nedbrytning är mycket kritisk, eftersom det förändrar materialet på molekylär nivå. För att implementera flera funktioner i ett material, dess molekylära struktur är utformad på ett distinkt, ofta komplext sätt. Att förstå hur nedbrytning påverkar den här molekylära arkitekturen är nyckeln till att säkerställa att alla funktioner utförs som avsett. Tunnskiktsmetoden som presenteras i studien kan ha en transformativ roll för att utforma sådana nedbrytbara polymerer.
