锡拉丘兹大学的新工程设计使导管变得更智能

在美国,每年有超过7500万的导尿管被用来帮助那些因为并发症而无法控制排尿的病人。不幸的是,导管很容易被细菌和真菌病原体定植。如果不加以处理,这可能导致尿路导管相关感染(CAUTIs),这是耐抗生素的,在美国每年导致1.3万人死亡。为应对CAUTI,工程学院和计算机科学教授,生物医学和化学工程教授任大成的挑战;张腾,机械与航天工程教授;研究助理教授顾欢开始研究他们能否设计出智能的防污导管,以减少微生物附着和相关感染。

Professors

任大成,张腾,顾欢

“这项工作的灵感来自自然界的生物系统。例如,任”说,尽管我们经常接触细菌,但人类已经形成了保护我们不受感染的先天免疫。“我们认为,也许可以设计出类似于上皮细胞纤毛的活性地形的防污导管,这些纤毛可以用来击退肺部的细菌。”

他们成功地制造出了微米大小的柱子,其顶端装有超磁性纳米颗粒,这样柱子就可以根据嵌入在导管壁上的绝缘铜线圈产生的电磁场进行跳动。通过控制电流的开关,他们发现他们也可以打开和关闭磁场,从而控制柱子的敲打频率和敲打力。这种方法效果很好,因为他们的原型导尿管保持了30天的清洁,而对照导尿管在5天内被尿致病性大肠杆菌的生物膜堵塞。他们的研究发表在最近一期的《自然通讯》上。

任实验室的实验工作与张的数值模拟密切配合是本研究的关键。

“基于力学模型的模拟允许我们验证生物膜失效的假设,并识别重要的控制因素,这可以为柱子设计提供一个定量的指导,以更有效地去除生物膜,”张说。

任和张实验室的相关研究工作是由美国国立卫生研究院和美国国家科学基金会资助的。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.syr.edu/blog/2020/05/05/catheters-get-smarter-with-new-engineering-design-from-syracuse-university-faculty/

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