Ученые разработали эффективную технику распыления биоактивных материалов

Jun 29, 2023

Ученые Рутгерса разработали высокоточный метод создания покрытий из биологически активных материалов для различных медицинских изделий. По словам исследователей, такая техника может проложить путь к новой эре трансдермальных лекарств, включая безпрививочные вакцинации.

Статья в Nature Communications, исследователиописал новый подход к электрораспылению, промышленному процессу нанесения покрытия распылением. По сути, ученые Рутгерса разработали способ лучше контролировать целевую область в зоне распыления, а также электрические свойства осаждаемых микроскопических частиц. Большее управление этими двумя свойствами означает, что большая часть струи, скорее всего, попадет в микроскопическую цель.

При электрораспылении производители подают высокое напряжение на текущую жидкость, например биофармацевтические препараты, превращая ее в мелкие частицы. Каждая из этих капель испаряется по мере продвижения к целевой области, оставляя твердый осадок из исходного раствора.

«Хотя многие люди считают электрораспыление эффективным методом, его применение обычно не работает для целей, меньших по размеру, чем спрей, таких как массивы микроигл в трансдермальных пластырях», — сказал Джонатан Сингер, доцент кафедры механики. и аэрокосмической техники в Инженерной школе Рутгерса и автор исследования. «Современные методы достигают эффективности лишь около 40 процентов. Однако благодаря разработанным нами передовым инженерным технологиям мы можем достичь эффективности, статистически неотличимой от 100 процентов».

Покрытия приобретают все большее значение для различных медицинских применений. Они используются в медицинских устройствах, имплантированных в организм, таких как стенты, дефибрилляторы и кардиостимуляторы. И их начинают все чаще использовать в новых продуктах, в которых используются биологические вещества, таких как трансдермальные пластыри.

Производство передовых биологических или «биоактивных» материалов, таких как лекарства и вакцины, может быть дорогостоящим, особенно если какой-либо материал выбрасывается впустую, что может значительно ограничить возможность получения пациентом определенного лечения.

«Мы хотели оценить, можно ли превратить электрораспылительное осаждение, которое является хорошо зарекомендовавшим себя методом аналитической химии, в эффективный подход к созданию биомедицински активных покрытий», — сказал Сингер.

По мнению исследователей, более высокая эффективность может стать ключом к тому, чтобы сделать электрораспыление более привлекательным для производства медицинских устройств с использованием биоактивных материалов.

«Возможность укладки со 100-процентной эффективностью означает, что ни один материал не будет потрачен зря, что позволяет наносить покрытие на устройства или вакцины таким образом», — сказала Сара Парк, аспирант кафедры материаловедения и инженерии, первый автор книги бумага. «Мы ожидаем, что будущая работа расширит диапазон совместимых материалов и скорость доставки материалов при этом высокоэффективном подходе».

Кроме того, в отличие от других методов нанесения покрытий, используемых в производстве, таких как нанесение покрытия погружением и струйная печать, новый метод нанесения электрораспылением характеризуется как «дальнее поле», что означает, что он не требует высокоточного позиционирования источника распыления, говорят исследователи. . В результате оборудование, необходимое для применения технологии массового производства, станет более доступным и простым в проектировании.

В число других учёных из Рутгерса, участвовавших в исследовании, входили профессора Джерри Шань и Хао Линь, бывшие аспиранты Линь Лей (ныне в Университете Чунцина Цзяотун) и Эмран Лэллоу (сейчас в GeneOne Life Science, Inc.), а также бывший студент бакалавриата Даррел Д'Соуза, все кафедры машиностроения и аэрокосмической техники; и профессора Дэвид Шрайбер и Джеффри Зан, докторант Мария Ацампу и бывшая докторантка Эмили ДиМартини, все из кафедры биомедицинской инженерии. Эта работа была поддержана GeneOne Life Science, Inc.

- Этот пресс-релиз был первоначально опубликован на веб-сайте Университета Рутгерса.