Biomaterial som kan injiceras med sprutor, medicinsk utrustning och konstruerade vävnader har väckt stor uppmärksamhet som minimalt invasiva implantat för diagnos, terapi och regenerativ medicin.

Fristående polymera ultratunna filmer, brukar kallas polymera nanosheets, är en av de vanligaste plattformarna för biomedicinsk utrustning som kan injiceras med sprutor på grund av deras flexibilitet och anpassningsbarhet.

Dessa nanoark är mindre än 1 mikrometer i tjocklek, som är tunnare än ett hårstrå (håret är vanligtvis cirka 100 mikrometer brett). De är en lovande plattform för läkemedelstillförsel genom nålinjektion.

Trots den senaste utvecklingen inom nanosheets-teknologier som använder polymjölksyra (PLA) och polymjölk-samglykolsyra (PLGA), polymera nanosheets har ännu inte övervunnit flera tekniska utmaningar för att fungera som en effektiv injicerbar plattform:nämligen, begränsning av storleken på nanoark som kan injiceras genom medicinska nålar, suboptimal mekanisk robusthet (t.ex. slits under injektion), och begränsad kontroll över formåterställning och rörelsekontroll efter injektion.

För att övervinna dessa begränsningar, forskare från Digital Manufacturing and Design (DManD) Center vid Singapore University of Technology and Design (SUTD) utvecklade nanoark med polyuretanbaserad formminnespolymer (SMP) och magnetiska nanopartiklar (MNP) för att demonstrera oöverträffade möjligheter att hantera nanoark. SMP erbjuder två unika mekaniska egenskaper - en stor förändring i Youngs moduli genom förändringen i temperatur, och formminneseffekt (SME) för att återställa den memorerade formen.

Dessutom, forskarna visade att de tillverkade SMP nanoarken kan göras magnetiska med MNP för att utföra beröringsfri rörelsekontroll med hjälp av ett externt magnetfält. Specifikt, följande fyra kapaciteter demonstrerades genom att använda det 710 nm tjocka nanoarket med glasövergångstemperaturen (Tg) på 25 °C:spruta injicerbarhet genom medicinska nålar, självexpanderbar efter utkastning, formbarhet och borttagbarhet på de biologiska ytorna, och styrbarhet i ett externt magnetfält. Dessa funktioner möjliggör praktiska tillämpningar in vivo som en spruta-injicerbar plattform.

Som en extra fördel, förändringen av modulen genom temperatur erbjuder en unik förmåga att kontrollera vidhäftningen och avlägsnandet av MNP-SMP nanosheet på de biologiska ytorna. Detta skulle ha varit svårt att uppnå med konventionella nanoark med en konstant modul och har inte visats tidigare.

Föreställer sprutinjicerbar leverans av molekylära läkemedel eller cellulära konstruktioner till inre organ, forskarna lade till MNP-SMP nanosheets ett extra lager av PLGA, som är mest känt som ett biomaterial som används för läkemedelstillförsel, att utöka funktionaliteten som bärare av molekylära och cellulära läkemedel. Detta kan göras utan att kompromissa med de påvisade kapaciteterna. SMP och MNP erbjöd samma möjligheter till nanoarken som innehåller ett extra lager av PLGA, antyder den stora potentialen hos de utvecklade nanoarken för läkemedels- och celltillförsel.

"MNP-SMP nanoark kan funktionaliseras ytterligare genom att ladda eller skriva ut läkemedel, celler och elektriska kretsar på ytan genom att integrera framväxande utskriftstekniker som bläckstråleutskrift, 3D-utskrift och bioprinting, " sa Dr. Kento Yamagishi från SUTD, tidningens huvudförfattare.

"MNP-SMP nanosheets kommer att bidra till utvecklingen av avancerad medicinsk utrustning för injektion med sprutor som en plattform för att leverera läkemedel och celler till den specifika platsen eller lesionen i kroppen för minimalt invasiv diagnos och terapi, " tillade chefsutredaren, Biträdande professor Michinao Hashimoto från SUTD.