Catéteres vías intravenosas, y otros tipos de tubos quirúrgicos son una necesidad médica para controlar una amplia gama de enfermedades. Pero la experiencia de un paciente con tales dispositivos rara vez es cómoda.

Ahora, los ingenieros del MIT han diseñado un material similar a un gel que se puede recubrir en dispositivos estándar de plástico o goma. proporcionando un más suave, exterior más resbaladizo que puede aliviar significativamente la incomodidad del paciente. El recubrimiento incluso se puede adaptar para controlar y tratar los signos de infección.

En un artículo publicado hoy en la revista Materiales avanzados para el cuidado de la salud , el equipo describe su método para unir fuertemente una capa de hidrogel:un blando, material polimérico resbaladizo que consiste principalmente en agua, hasta elastómeros comunes como el látex, caucho, y silicona. Los resultados son "laminados de hidrogel" que son a la vez suaves, estirable y resbaladizo, e impermeable a virus y otras moléculas pequeñas.

El recubrimiento de hidrogel se puede incrustar con compuestos para detectar, por ejemplo, moléculas inflamatorias. Los fármacos también pueden incorporarse y liberarse lentamente del recubrimiento de hidrogel, para tratar la inflamación en el cuerpo.

El equipo, dirigido por Xuanhe Zhao, el Profesor Asociado de Desarrollo de Carrera Robert N. Noyce en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, capas unidas de hidrogel en varios dispositivos médicos a base de elastómeros, incluidos catéteres y tubos intravenosos. Descubrieron que los recubrimientos eran extremadamente duraderos, resistir flexiones y torsiones, sin agrietarse. Los revestimientos también eran extremadamente resbaladizos, exhibiendo mucha menos fricción que los catéteres estándar sin recubrimiento, una cualidad que podría reducir la incomodidad de los pacientes.

El grupo también cubrió con hidrogel otro producto elastómero ampliamente utilizado:los condones. Además de mejorar la comodidad de los condones de látex existentes al reducir la fricción, una capa de hidrogel podría ayudar a mejorar su seguridad, Dado que el hidrogel se puede incorporar con medicamentos para contrarrestar la alergia al látex, dicen los investigadores.

"Hemos demostrado que el hidrogel realmente tiene el potencial de reemplazar los elastómeros comunes, "Dice Zhao." Ahora tenemos un método para integrar geles con otros materiales. Creemos que esto tiene el potencial de aplicarse a una amplia gama de dispositivos médicos que interactúan con el cuerpo ".

Los coautores de Zhao son el autor principal y estudiante de posgrado German Parada, estudiantes de posgrado Hyunwoo Yuk y Xinyue Liu, y el científico visitante Alex Hsieh.

Un gel a medida

El grupo de Zhao desarrolló previamente recetas para hacer difíciles, hidrogeles extensibles de mezclas compuestas principalmente de agua y un poco de polímero. Desarrollaron una técnica para unir hidrogeles a elastómeros tratando primero superficies como caucho y silicona con benzofenona. una solución molecular que, cuando se expone a la luz ultravioleta, crea fuertes enlaces químicos entre el elastómero y el hidrogel.

Los investigadores aplicaron estas técnicas para fabricar un laminado de hidrogel:una capa de elastómero intercalada entre dos capas de hidrogel. Luego sometieron la estructura laminada a una batería de pruebas mecánicas y encontraron que la estructura permanecía fuertemente adherida. sin rasgarse ni agrietarse, incluso cuando se estira varias veces su longitud original.

El equipo también colocó la estructura laminada en un tanque de dos cámaras, lleno por un lado con agua desionizada y por el otro con colorante molecular. Despues de varias horas, el laminado impidió que el tinte migrara de un lado de la cámara al otro, mientras que una capa de hidrogel sola deja pasar el tinte. La capa de elastómero del laminado, concluyeron, hizo que la estructura en su conjunto fuera fuertemente impermeable, una característica que, según ellos, también podría evitar el paso de virus y otras moléculas pequeñas.

En otras pruebas, el equipo mezcló químicamente moléculas sensibles al pH en la capa de hidrogel que recubre un lado de la capa de elastómero, y colorante alimentario verde en la capa de hidrogel opuesta. Una vez más, colocaron toda la estructura en el tanque de dos cámaras y llenaron ambos lados con agua dioinizada.

A medida que los investigadores cambiaron la acidez del agua del tanque, observaron que las partes del hidrogel que contenían indicadores de pH se iluminaban. Mientras tanto, el tinte verde se filtró lentamente desde la capa de hidrogel opuesta al segundo tanque, imitando la acción de las moléculas de la droga.

"Podemos poner moléculas sensibles al pH en hidrogeles, o drogas que se liberan gradualmente, "Parada dice". Para diferentes aplicaciones, podemos modificar el gel para adaptarlo a esa aplicación ".

Atar nudos

Como primera incursión en posibles aplicaciones para laminados de hidrogel, los investigadores utilizaron sus técnicas desarrolladas previamente para recubrir hidrogel en varios dispositivos elastoméricos, incluyendo tubo de silicona, un catéter de Foley, y un condón. "Nuestro primer enfoque importante fueron los catéteres, porque son rígidos y no muy cómodos, y la infección de los catéteres puede causar alrededor del 50 por ciento de los reingresos en los hospitales, "Dice Parada." También pensamos que podríamos aplicar esto a los condones, debido a que los condones de látex existentes causan muchas sensibilidades y alergias, y si puedes poner drogas en el gel, podría tener una mejor protección ".

Incluso después de doblar y doblar bruscamente el tubo revestido en un nudo, los investigadores encontraron que el recubrimiento de hidrogel permanecía fuertemente adherido al tubo sin causar desgarros. Lo mismo sucedió cuando los investigadores inflaron tanto el catéter recubierto como el condón recubierto.

Parada dice que las dimensiones de un laminado de hidrogel pueden ajustarse para adaptarse a diferentes dispositivos. Por ejemplo, los científicos pueden elegir un elastómero más grueso para aumentar la rigidez de un laminado, o utilice una capa más gruesa de hidrogel para incorporar más moléculas de fármaco o sensores. Los hidrogeles también se pueden diseñar para que sean más o menos resbaladizos, dependiendo de la cantidad de fricción deseada.

"Tenemos la capacidad de fabricar estructuras de hidrogel a gran escala que pueden revestir dispositivos médicos, y el hidrogel no agitará el cuerpo, "Dice Zhao." Esta es una plataforma tecnológica en la que se pueden imaginar muchas aplicaciones ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.