输尿管狭窄

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TUhjnbcbe - 2022/1/27 10:07:00
北京治皮肤病医院 http://pf.39.net/bdfyy/bdfjc/180416/6171978.html

研究背景

输尿管结石一般是肾结石在排出过程中,暂时受阻在输尿管的狭窄处导致的。如输尿管结石没有排出,可能在停留部位逐渐长大。输尿管结石通常伴有明显的症状,如肾绞痛、血尿,输尿管结石还常造成梗阻和肾积水,这些都需要急诊治疗。输尿管镜取石术(USR)作为一种治疗输尿管结石的手术,现在面临的关键问题是需要制备一种具有高柔性和低摩擦系数的导丝。

工作简介

韩国首尔国立大学HyunJinho团队使用固体基质辅助打印技术(SWAP)在聚四氟乙烯(PTFE)颗粒基质中打印含有细菌和磁性纳米粒子(MNPs)的线状体,基质疏水粒子间缝隙为细菌将木质葡糖醋杆菌(G.xylinus)移动到介质表面并生物合成细菌纤维素(BC)过程提供氧气,水洗清除线状体表面的PTFE颗粒,形成一种纤维素纳米纤维表皮软磁致伸缩制动导丝。实验表明,在外部磁场作用下,导丝可快速平稳移动并以锐角弯曲,能适应不同导管形状并且无需弹性回复性即可保持变形后的形状。导丝的运行路径上会留下水迹使它具有一定的润滑作用,以减少导丝和管道表面之间的摩擦,低压缩模量有利于降低感染。

图文导读

图1带有BC表皮的软磁性伸缩制动导丝示意图:(a)用MNP/CM-CNF介质墨水打印导丝;(b)制备和洗涤过程中打印墨水特征的横截面图;(c)BC导丝受外部磁场的驱动;(d)伸缩制动导丝的连续适应性变形示例;(e)作为USR手术导丝的潜在应用。

图2MNP/CM-CNF水凝胶质墨水的流变特性:在不同MNPs浓度下,MNP/CM-CNF水凝胶质墨水的(a)剪切变稀行为和(b)剪切模量;(c)10wt%MNP/CM-CNF水凝胶质墨水的循环应力扫描。关于循环应力,非阴影区域为0.5Pa,阴影区域为Pa。

图3MNP/CNF水凝胶质墨水的SMAP可打印性:(a)实际打印直径与理论介质线直径之间的差异;(b)测量直径(Lm)与打印线状体预期直径(Ll)的比率;(c)打印墨水直径随打印压力的变化;(d)打印墨水直径随打印速度的变化。数据表示为平均值±标准偏差(SD)(n=3)。

图4纳米纤维素表皮的生物合成:(a)纳米纤维素制动导丝的立体纤维照片;(b)在打印墨水表面形成的BC表皮的聚焦荧光图像;(c)MNP浓度对BC生物合成的影响;(d)BC制动导丝在不同MNPs浓度下的拉伸强度;(e)BC制动导丝的表面和(f)内部形貌,其中比例尺为2μm。

图5BC制动导丝的弯曲性能:(a)使用电磁阀电磁弯曲驱动的示意图;(b)导丝与电磁阀之间不同距离的磁力变化;(c)不同MNP浓度的质量磁化;(d)弯曲角度(θ)随BC制动导丝长度的变化;(e)弯曲角度(θ)随MNPs浓度的变化。

图6纳米纤维素制动导丝的适应性形状变形:(a)导丝形状变形的导管模具;(b)模具中变形导丝的侧视图,比例尺为2mm;(c)制动导丝的应力释放;(d)导丝直径逐渐减少的实际适应性。

图7纳米纤维素的表皮润滑作用:(a)沿着纳米纤维素制动导丝运动轨迹的水迹;(b)样品与猪皮之间摩擦测试示意图;(c)BC表皮和PDMS的剪切速率—扭矩曲线;(d)正常应力和(e)剪切速率下的摩擦系数。

图8嵌入BC制动导丝中心的光纤的发射激光:(a)引导激光器指向目标的方案;(b)BC制动导丝指向目标点(导丝直径为1.5mm,光纤直径为1mm,目标间距离为5mm,目标直径为2.5mm)。

图9纳米纤维素制动导丝的转向装置:(a)使用钕磁铁控制制动导丝;(b)纳米纤维素导丝沿着输尿管向目标肾结石移动。

结论

通过在含有MNPs和细菌的介质墨水表面生物合成BC表皮,制备了一种软制动导丝。疏水性固体微粒中的基质辅助打印使液体介质墨水具有结构,并在介质表面形成致密的BC薄膜层纳米纤维,以限制MNP悬浮。通过施加外部磁场可实现导丝的驱动,导丝的形状可以根据管状模具的尺寸发生改变。由于BC表皮的柔软性,制动导丝以锐角平滑弯曲。这种BC导丝可作为肾脏模型的导丝,通过磁铁引导接近目标肾结石。通过滑过管道,精准地导向目标石,实现了导丝的平稳移动。这种材料将减少由摩擦引起的细胞损伤,提升医疗手术中无创治疗的可及性。

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