Các chuyên gia từ Viện Khoa học và Công nghệ Vật liệu Liên bang Thụy Sĩ (EMPA) và trung tâm nghiên cứu ETH Zurich đã hợp tác để tạo ra một dự án mang tính đột phá. Họ đã thành công trong việc phát triển kỹ thuật hàn laser giúp chữa lành vết thương nhanh chóng và an toàn mà không cần thêm sự bảo vệ bằng tia laser.
Các chuyên gia bôi thuốc đắp hạt nano lên vết thương rồi dùng ánh sáng để làm cứng vết thương - một phương pháp mới để hàn gắn vết thương có thể trở thành một công cụ mới trong phòng phẫu thuật.
Theo nhóm ETH, trước đây các bác sĩ phẫu thuật đã tiến hành nghiên cứu liên quan đến hàn laser như một phương pháp đóng vết thương. Phương pháp này được cho là có thể đẩy nhanh quá trình lành vết thương và giảm nguy cơ nhiễm trùng, nhưng lại đi kèm với thách thức trong việc theo dõi và kiểm soát nhiệt độ.
Vấn đề chính mà họ gặp phải là phản ứng nhiệt này phải nằm trong phạm vi vốn có của vật liệu sinh học và rất khó đo nhiệt độ theo cách không xâm lấn - vốn là một thách thức trong việc ứng dụng quy trình hàn trong y học.
Nghiên cứu trước đây bao gồm một dự án năm 2018 tại Đại học bang Arizona đã kết hợp các hạt nano vàng vào vật liệu hàn để tác động đến hiệu ứng nhiệt và giảm thiểu tình trạng viêm.
Mặt khác, giải pháp lần này được thiết kế bởi Phòng thí nghiệm tương tác hạt-sinh học của EMPA và Phòng thí nghiệm kỹ thuật hệ thống hạt nano tại ETH Zurich. Họ đã phát triển một loại chất kết dính chứa các hạt nano kim loại và gốm, đồng thời sử dụng nhiệt kế nano để kiểm soát nhiệt độ. Phương pháp hàn mới được gọi là "iSoldering" (hàn thông minh).
Kỹ thuật này sử dụng hai loại hạt nano - titan nitride và bismuth vanadate. Khi các hạt này được chiếu sáng bởi nguồn sáng được mô xung quanh hấp thụ yếu, titan nitride sẽ chuyển đổi ánh sáng thành nhiệt, trong khi bismuth vanadate hoạt động như một "nhiệt kế nano" phát ra các bước sóng khác nhau tùy theo nhiệt độ.
Dịch lâm sàng bằng đèn hồng ngoại y tế
Theo các nhà nghiên cứu, sự kết hợp của các hạt nano này làm cho iSoldering đặc biệt phù hợp với các thủ thuật xâm lấn tối thiểu. Điều này là do chất hàn kết hợp không cần khuấy trộn và có thể xác định chênh lệch nhiệt độ với độ phân giải không gian rất cao ở cả vết thương nông và sâu.
Sau khi hoàn thành mô hình toán học của công nghệ đề xuất, dự án đã bắt đầu hợp tác với các bác sĩ phẫu thuật từ Bệnh viện Đại học Zurich, Phòng khám Cleveland ở Hoa Kỳ và Đại học Charles ở Praha để bắt đầu đánh giá tiềm năng của iSoldering cho các ứng dụng lâm sàng.
Các chuyên gia từ EMPA cho biết: "Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc đạt được sự liên kết nhanh chóng, ổn định và tương thích sinh học của các vết thương nội tạng bao gồm tuyến tụy và gan. iSoldering đã chứng minh hiệu quả bịt kín tuyệt vời của nó ngay cả khi đối mặt với các khối mô khó khăn như niệu đạo , ống dẫn trứng hoặc ruột."
Nhóm nghiên cứu còn lưu ý thêm trong bài báo của họ rằng iSoldering có tiềm năng lớn để sử dụng trong phẫu thuật bằng robot và nội soi khi gặp phải các vấn đề phổ biến như định vị vết khâu không chính xác.
Hiện tại, trong khi tùy chọn "iSoldering" ban đầu được hình dung là phương pháp chiếu xạ laser trực tiếp, nhóm nghiên cứu đang khám phá xem liệu có thể đạt được hiệu ứng tương tự thông qua việc sử dụng ánh sáng cận hồng ngoại cường độ thấp, nhẹ hơn hay không. Nếu đạt được, điều này sẽ đơn giản hóa đáng kể quá trình chuyển giao lâm sàng vì ánh sáng cận hồng ngoại đã được công nhận và sử dụng rộng rãi trong y học.
Inge Herrmann của EMPA nhận xét: “Nếu có thể sử dụng ánh sáng hồng ngoại được chấp nhận về mặt y tế thì kỹ thuật hàn cải tiến này hy vọng sẽ được đưa vào phòng phẫu thuật truyền thống mà không cần thêm các biện pháp bảo vệ bằng laser.”
Các nhà nghiên cứu cho biết sự kết hợp giữa các hạt nano này làm cho iSoldering đặc biệt thích hợp cho phẫu thuật xâm lấn tối thiểu. Điều này là do chất hàn kết hợp không cần khuấy trộn và có thể xác định chênh lệch nhiệt độ với độ phân giải không gian rất cao ở cả vết thương nông và sâu.
Sau khi hoàn thành mô hình toán học của công nghệ đề xuất, dự án đã bắt đầu hợp tác với các bác sĩ phẫu thuật từ Bệnh viện Đại học Zurich, Phòng khám Cleveland ở Hoa Kỳ và Đại học Charles ở Praha để bắt đầu đánh giá tiềm năng của iSoldering cho các ứng dụng lâm sàng.
Các chuyên gia từ EMPA cho biết: "Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc đạt được sự liên kết nhanh chóng, ổn định và tương thích sinh học của các vết thương nội tạng bao gồm tuyến tụy và gan. iSoldering đã chứng minh hiệu quả bịt kín tuyệt vời của nó ngay cả khi đối mặt với các khối mô khó khăn như niệu đạo , ống dẫn trứng hoặc ruột."
Nhóm nghiên cứu còn lưu ý thêm trong bài báo của họ rằng iSoldering có tiềm năng lớn để sử dụng trong phẫu thuật bằng robot và nội soi khi gặp phải các vấn đề phổ biến như định vị vết khâu không chính xác.
Hiện tại, trong khi tùy chọn "iSoldering" ban đầu được hình dung là phương pháp chiếu xạ laser trực tiếp, nhóm nghiên cứu đang khám phá xem liệu có thể đạt được hiệu ứng tương tự thông qua việc sử dụng ánh sáng cận hồng ngoại cường độ thấp, nhẹ hơn hay không. Nếu đạt được, điều này sẽ đơn giản hóa đáng kể quá trình chuyển giao lâm sàng vì ánh sáng cận hồng ngoại đã được công nhận và sử dụng rộng rãi trong y học.
Inge Herrmann của EMPA nhận xét: “Nếu có thể sử dụng ánh sáng hồng ngoại được chấp nhận về mặt y tế thì kỹ thuật hàn cải tiến này hy vọng sẽ được đưa vào phòng phẫu thuật truyền thống mà không cần thêm các biện pháp bảo vệ bằng laser.”
