فناوری جدید از نانومیله‌های طلا برای استریل کردن ایمپلنت‌های جراحی استفاده می‌کند

در مبارزه با مقاومت آنتی بیوتیکی، فناوری جدید توسعه یافته در دانشگاه صنعتی چالمرز در سوئد می تواند از اهمیت زیادی برخوردار باشد، به عنوان مثال، زمانی که ایمپلنت های لگن و زانو با جراحی قرار می گیرند. با گرم کردن نانومیله‌های کوچک طلا با نور مادون قرمز نزدیک (NIR)، باکتری‌ها از بین می‌روند و سطح ایمپلنت استریل می‌شود. محققان اکنون در حال ارائه مطالعه جدیدی هستند که درک چگونگی تاثیر نور شمش های طلا و نحوه اندازه گیری دمای آنها را افزایش می دهد.

عفونت می تواند در طول عمل جراحی رخ دهد، با این خطر که مواد خارجی مانند پروتزهای زانو در بدن کاشته شوند، به شدت افزایش می یابد. وجود این ماده باعث تضعیف سیستم ایمنی بدن می شود و معمولا از درمان آنتی بیوتیکی استفاده می شود. اگر عفونت رخ دهد، دوزهای بالای آنتی بیوتیک اغلب با دوره های طولانی درمان، گاهی مادام العمر، مورد نیاز است. این خطر افزایش مقاومت آنتی بیوتیکی را به همراه دارد که سازمان بهداشت جهانی آن را یکی از بزرگترین تهدیدها برای سلامت انسان می داند.

گرما باکتری های روی سطح ایمپلنت را از بین می برد

فناوری ابداع شده توسط محققان Chalmers روشی است که در آن میله هایی از طلا به اندازه نانومتر به سطح ایمپلنت متصل می شود. هنگامی که نور مادون قرمز نزدیک (NIR) به سطح ایمپلنت برخورد می کند، میله ها گرم می شوند و به عنوان عناصر گرمایش کوچک عمل می کنند. از آنجایی که عناصر گرمایش بسیار کوچک هستند، گرمایش بسیار موضعی وجود دارد و هر گونه باکتری روی سطح ایمپلنت را بدون گرم کردن بافت اطراف از بین می برد.

میله های طلا نور را جذب می کنند، الکترون های طلا حرکت می کنند و در نهایت گرما از نانومیله ها ساطع می شود. می توان گفت نانومیله های طلا مانند ماهیتابه های کوچکی عمل می کنند که باکتری ها را تا حد مرگ سرخ می کنند. ماجا اوسیتالو، دانشجوی دکترا در دانشگاه چالمرز و نویسنده اصلی این مطالعه که در مجله منتشر شده است، می گوید. پیام های نانو.

نور NIR با چشم غیرمسلح نامرئی است اما توانایی نفوذ به بافت انسان را دارد. این خاصیت به نانومیله های طلا روی سطح ایمپلنت اجازه می دهد تا با روشن کردن پوست در داخل بدن گرم شوند. شمش های طلا به صورت پراکنده توزیع شده اند و تنها حدود ده درصد از سطح ایمپلنت را پوشش می دهند. این بدان معنی است که خواص مفید این ماده، مانند توانایی چسبیدن به استخوان، تا حد زیادی حفظ می شود.

ترفند این است که اندازه میله ها را طراحی کنید. اگر آنها را کمی کوچکتر یا کمی بزرگتر کنید، نور با طول موج های اشتباه را جذب می کنند. ما می خواهیم نوری که جذب می شود به خوبی در پوست و بافت نفوذ کند. زیرا هنگامی که ایمپلنت در داخل بدن قرار می گیرد، نور باید بتواند به سطح پروتز برسد.


مارتین اندرسون، پروفسور و رئیس تحقیقات دانشگاه چالمرز

اندازه گیری دقیق دمای میله طلا

برای درک بیشتر نحوه عملکرد این فناوری و اینکه چگونه نانومیله‌های طلای گرم شده با مادون قرمز نزدیک (NIR) بر باکتری‌ها و سلول‌های انسانی تأثیر می‌گذارند، محققان باید دمای میله‌ها را اندازه‌گیری کنند. به دلیل اندازه کوچک آنها، اندازه گیری آنها با یک دماسنج معمولی غیرممکن است و در عوض محققان از اشعه ایکس برای بررسی نحوه حرکت اتم های طلا استفاده کردند. این روش امکان اندازه گیری دقیق دمای میله های طلا و نحوه تنظیم دما را با استفاده از شدت نور NIR فراهم می کند.

دما نباید از 120 درجه سانتیگراد تجاوز کند، زیرا دماهای بالاتر باعث می‌شود که نانومیله‌ها شکل خود را از دست بدهند و به شکل کروی درآیند، در نتیجه خواص نوری خود را از دست می‌دهند و دیگر نمی‌توانند نور NIR را به طور موثر جذب کنند، که از گرم شدن میله‌ها جلوگیری می‌کند. ماجا یوسیتالو می گوید.

این نشان می دهد که گرمایش بسیار محلی با انتقال انرژی کم به محیط اطراف است. این برای جلوگیری از آسیب رساندن به بافت اطراف بسیار مهم است.

محققان امیدوارند که این روش بتوان روی بسیاری از مواد مختلف ایمپلنت مانند تیتانیوم یا مواد پلاستیکی مختلف استفاده کرد.

شمش های طلا با فعال شدن، آنتی باکتریال می شوند

خود نانومیله‌های طلا قبل از گرم شدن توسط نور NIR روی سطح کاملاً غیرفعال هستند. فقط در این صورت میله ها فعال می شوند، داغ می شوند و اثر ضد باکتریایی خود را اعمال می کنند.

ما می‌توانیم کنترل کنیم که چه زمانی سطح باید آنتی‌باکتریال باشد و چه زمانی نباید باشد مارتین اندرسون می گوید.

هدف این است که در نهایت این فناوری را وارد مراقبت های بهداشتی کنیم.

ما عمدتاً از نور NIR برای گرم کردن مدت کوتاهی پس از کاشت ایمپلنت و بخیه شدن زخم استفاده می‌کنیم. با گرم کردن نانومیله‌های طلا، می‌توانیم باکتری‌هایی را که ممکن است در حین جراحی روی پروتز نشسته باشند، از بین ببریم. مارتین اندرسون می گوید.

همه باکتری ها از گرمای نانومیله های طلا می میرند، اما حتی سلول های طبیعی نیز می توانند در طول درمان آسیب ببینند.

مارتین اندرسون می‌گوید: «اگر تنها تعداد کمی از سلول‌های انسانی در طی فرآیند گرمایش مادون قرمز نزدیک (NIR) از بین بروند، بدن به سرعت سلول‌های جدید را بازسازی می‌کند، بنابراین تأثیر آن بر بهبودی ناچیز است.

فناوری شامل نانوالکترودهای طلا که با استفاده از تابش مادون قرمز نزدیک (NIR) گرم می‌شود، قبلاً در تحقیقات سرطان مورد مطالعه قرار گرفته بود، اما گروه تحقیقاتی Chalmers اولین کسی است که از این فناوری برای ایجاد سطح ضد باکتری روی ایمپلنت‌ها با دقت و کنترل بالا استفاده می‌کند.

منبع:

دانشگاه صنعتی چالمرز

مرجع مجله:

یوسیتالو، ام.، و همکاران (2024). خواص فتوترمال نانومیله‌های طلای جامد پیام های نانو. doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c03472.

منبع