Novel medical adhesive comes unstuck with ultraviolet light / Il nuovo adesivo medicale si sblocca con la luce ultravioletta
Painless unsticking is one advantage of new class of medical adhesive
Of all the minor-but-annoying pains in life, removing a sticking-plaster ranks unaccountably highly, especially if you are unlucky enough to have suffered an injury to hairy skin. It’s even generated an idiom, dividing people between the schools of “peel it off in little stages” and “go for one agonising rip”. But researchers in the US and China have now devised a new type of adhesive that can stick to moist surfaces strongly and yet be detached easily by exposing it to specific frequencies of light.
The research was directed by Zhigang Suo, a professor of mechanics and materials at the John A Paulsen School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) at Harvard University, and also involved researchers from Xi’an Jiaotong University in China. “In nature, wet materials don’t like to adhere together,” Suo said. “We have discovered a general approach to overcome this challenge.”
Suo refered to his team’s discovery as “molecular sutures”. It occupies a middle ground between adhesion through covalent bonds, which would be permanent and is sometimes used to stick materials together in industry, and sticking through physical interactions, which is how current sticking plasters work. This sort of adhesive requires removal using solvents or simple brute force, leading to the familiar ouch. Molecular sutures work through a phenomenon known as topological entanglement, where polymer chains form a network between two pre-existing polymer networks: in this case, the substrate of whatever material needs to be stuck to the skin, and the surface of skin itself.
In a paper in the journal Advanced Materials, Suo and the team including first author Yang Gao of Xi’an described using an alginate-polyacrylamide hydrogel as both substrate and molecular suture material. This has the property of not sticking to itself, because at its surface there are no chemical groups that will bond to each other in any way – a situation shared by skin and most materials doctors would like to stick to it.
“Activating” the adhesive with a specific frequency of ultraviolet light causes it to undergo a change known as a sol-gel transition, where it changes from a watery gloop to a firm gel consistency, and this creates a bond of strength 1400J/m2. Exposing it to UV again reverses the transition, reducing the adhesion energy to 10J/m2, effectively dissolving the molecular suture network and instantly unsticking the two materials with no need for forceful peeling.Other stitching polymerrs include chitosan, polyamino-salycilic acid, alginates and cellulose.
The researchers believe that the structure of the suture polymer could be tuned so that it detached with near-infrared rather than ultraviolet light, which make it safe for use on skin and a feasible adhesive for medical applications, including wound dressings, stick-on drug delivery patches and even elements of wearable robotics.
“Our molecular sutures can strongly adhere wet materials together,” said Suo. “Furthermore, the strong adhesion can be made permanent, transient, or detachable on demand, in response to a cue. So, as we see it, nature is full of loopholes, waiting to be stitched.”
ITALIANO
Lo sblocco indolore è uno dei vantaggi della nuova classe di adesivi medicali
Di tutti i dolori minori ma fastidiosi della vita, rimuovere una fila di cerotti appiccicosi in modo inspiegabile, specialmente se sei abbastanza sfortunato da aver subito una lesione alla pelle pelosa. Ha persino generato un idioma, dividendo le persone tra le scuole per "staccarle in piccoli stadi" e "andare per uno strappo angosciante". Ma i ricercatori negli Stati Uniti e in Cina hanno escogitato un nuovo tipo di adesivo che può aderire saldamente alle superfici umide e tuttavia essere facilmente distaccato esponendolo a specifiche frequenze di luce.
La ricerca è stata diretta da Zhigang Suo, professore di meccanica e materiali presso la John A Paulsen School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) dell'Università di Harvard, e ha coinvolto anche i ricercatori dell'Università di Xi'an Jiaotong in Cina. "In natura, ai materiali bagnati non piace aderire insieme", ha detto Suo. "Abbiamo scoperto un approccio generale per superare questa sfida."
Suo si riferiva alla scoperta della suo gruppo come "suture molecolari". Occupa una via di mezzo tra l'adesione attraverso i legami covalenti, che sarebbe permanente e viene talvolta utilizzata per attaccare i materiali insieme nell'industria, e l'attacco attraverso le interazioni fisiche, che è il modo in cui funzionano gli attuali cerotti. Questo tipo di adesivo richiede la rimozione con solventi o semplice forza bruta, che porta a qualcosa di familiare. Le suture molecolari funzionano attraverso un fenomeno noto come entanglement topologico, in cui le catene polimeriche formano una rete tra due reti polimeriche preesistenti: in questo caso, il substrato di qualsiasi materiale deve essere attaccato alla pelle e la superficie della pelle stessa.
In un articolo sulla rivista Advanced Materials, Suo e il team incluso il primo autore Yang Gao di Xi'an ha descritto l'uso di un idrogel di alginato-poliacrilammide come substrato e materiale di sutura molecolare. Questo ha la proprietà di non attaccarsi a se stesso, perché alla sua superficie non ci sono gruppi chimici che si legheranno l'uno con l'altro in alcun modo - una situazione condivisa dalla pelle e dalla maggior parte dei materiali che i medici vorrebbero attenersi ad essa.
"Attivare" l'adesivo con una specifica frequenza di luce ultravioletta provoca un cambiamento noto come transizione sol-gel, dove cambia da un guscio acquoso ad una consistenza gel ferma, e questo crea un legame di forza 1400J / m2. Esporlo nuovamente ai raggi UV inverte la transizione, riducendo l'energia di adesione a 10J / m2, dissolvendo efficacemente la rete di suture molecolari e staccando istantaneamente i due materiali senza necessità di scrostamento forzato. Altri polimeri di cucitura includono chitosano, acido poliammino-salicilico, alginati e cellulosa.
I ricercatori ritengono che la struttura del polimero per sutura possa essere regolata in modo da staccarsi dal vicino infrarosso piuttosto che dalla luce ultravioletta, che lo rende sicuro per l'uso sulla pelle e un adesivo fattibile per applicazioni mediche, tra cui medicazioni per ferite, stick-on patch di consegna e persino elementi di robotica indossabile.
"Le nostre suture molecolari possono aderire saldamente ai materiali bagnati", ha detto Suo. "Inoltre, la forte adesione può essere resa permanente, transitoria o rimovibile su richiesta, in risposta alle esigenze richieste. Quindi, come vediamo, la natura è piena di scappatoie, in attesa di essere ricucita ".
Da:
https://www.theengineer.co.uk/medical-adhesive-unstuck-ultraviolet-light/?cmpid=tenews_6927481&utm_medium=email&utm_source=newsletter&utm_campaign=tenews&adg=B69ABBDE-DA23-4BA2-B8C3-86E1E1A9FA79
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