Bandage är bra för att täcka sår, men de skulle vara mycket mer användbara om de också kunde upptäcka infektioner.

Genom att bädda in nanosensorer i fibrerna i ett bandage, University of Rhode Island biträdande professor Daniel Roxbury och tidigare URI-studenten Mohammad Moein Safaee har skapat en kontinuerlig, icke-invasivt sätt att upptäcka och övervaka en infektion i ett sår.

"Enväggiga kolnanorör i bandaget kommer att kunna identifiera en infektion i såret genom att detektera koncentrationer av väteperoxid, sa Roxbury.

Tills nu, utmaningen med att använda nanorör för detta ändamål har varit att immobilisera dem på ett biokompatibelt sätt så att de förblir känsliga för sin omgivning, enligt Roxbury.

"Mikrofibrerna som kapslar in kolnanorören klarar båda dessa uppgifter, " Sa Roxbury. "Nanorören läcker inte från materialet, ändå förblir de känsliga för väteperoxid i såren."

Det "smarta bandaget" kommer att övervakas av en miniatyriserad bärbar enhet, som trådlöst (optiskt) kommer att upptäcka signalen från kolnanorören i bandaget. Signalen kan sedan överföras till en smartphone-typ av enhet som sedan automatiskt larmar patienten eller en vårdgivare.

"Denna enhet kommer endast att användas för diagnostiska ändamål, " sade Roxbury. "Men, förhoppningen är att enheten kommer att diagnostisera en infektion i ett tidigt skede, kräver färre antibiotika och förhindrar drastiska åtgärder, såsom amputation av lemmar. Vi föreställer oss att detta är särskilt användbart för personer med diabetes, där hanteringen av kroniska sår är rutin."

Tekniken bakom det smarta bandaget beskrivs ytterligare i en artikel publicerad i Avancerade funktionella material . Roxbury, Safaee och URI-doktoranden Mitchell Gravely skrev artikeln.

Safaee, som avslutade sin doktorsexamen i kemiteknik vid URI i december 2020, lärde sig hur man skapar polymera fibrer som student innan han kom till URI.

"Professor Roxbury var mycket stödjande av idén att designa bärbara teknologier baserade på kolnanorör och jag var glad över att ta ledningen i projektet, sa Safaee.

Arbetar i Roxburys NanoBio Engineering Laboratory i Fascitelli Center for Advanced Engineering, Safaee använde flera avancerade teknologier för att göra bandaget till verklighet.

"Vi designade och optimerade en mikrotillverkningsprocess för att exakt placera nanosensorer inuti de individuella fibrerna i en textil, ", sa Safaee. "Vi använde banbrytande mikroskop för att studera strukturen på materialen som vi producerade. Jag använde också en hemmabyggd, nära-infraröd spektrometer för att optimera de optiska egenskaperna hos textilierna."

Nästa steg i projektet kommer att involvera verifiering av att bandagen fungerar korrekt i en petriskål med levande odlade celler som skulle finnas i sår.

"Dessa celler vi kommer att använda är kända som fibroblaster och makrofager (vita blodkroppar) som producerar väteperoxid i närvaro av patogena bakterier, " sa Roxbury. "Om allt går bra, vi går över till "in vivo"-testning på möss. Vid det tillfället, vi skulle hitta en samarbetspartner som är specialiserad på dessa djursårmodeller."

Testerna har fokuserat på små bandageprover, men tekniken kan lätt appliceras på mycket större bandage.

"Det finns verkligen ingen begränsning när det gäller storleken, " sa Roxbury. "Faktiskt, denna teknik kommer att vara mest användbar i stora bandage. Större bandage kan vara mer till besvär att ta bort och applicera igen, men vår enhet behöver inte tas bort för att möjliggöra upptäckt."

Medan Roxbury går vidare med projektet, Safaee har flyttat till Massachusetts Institute of Technology för en postdoktorandtjänst.

"Jag gick med i Furst Lab på MIT:s avdelning för kemiteknik för att avancera och diversifiera min forskning inom området molekylär diagnostik och screeningteknologier, " sa Safaee. "Jag kommer specifikt att arbeta med att designa screeningteknologier med hög genomströmning baserade på nanomaterial för point-of-care diagnostik och läkemedelsupptäcktstillämpningar."

Safaee är tacksam för den erfarenhet han fick på URI.

"Jag lärde mig ovärderliga färdigheter på URI, inklusive nära-infraröd mikroskopi och spektroskopi, tillverkning av nanomaterial, och optisk instrumentering, som alla hjälpte mig att bli en oberoende forskare inom området nanobioteknik, " sa Safaee.