光和纳米技术可防止医疗植入物上的细菌感染

大约50年前发明的外科医疗网已成为受损组织手术恢复过程中的关键因素，最常见的是疝气修复。当植入患者组织内时，这些网状物的柔性和适形设计可牢固地保持肌肉，并且比传统的缝合和缝合外科手术更快恢复。

然而，在患者体内插入医用植入物会带来手术期间细菌污染的风险，并随后在外科网状物表面上形成感染性生物膜。这种生物膜倾向于像塑料涂层一样起作用，防止任何种类的抗生素剂到达并攻击膜上形成的细菌以阻止感染。因此，有时间限制的抗生素疗法可以抵抗超级抗性细菌，并且患者可能最终导致可能导致死亡的反复或永无止境的外科手术。事实上，根据欧洲抗菌药物耐药监测网络(EARS-Net)，2015年，欧洲超过30,000人死于抗生素抗性细菌感染。

医生在手术过程中使用了几种方法来预防植入物污染。已经建立并实施了术后无菌方案以对抗这些抗生素抗性细菌，但没有一个完全履行解决该问题的作用。

在最近发表于Nano Letters并在Nature Photonics中发表的一项研究中，ICFO研究人员Ignacio de Miguel博士，Arantxa Albornoz博士，由ICREA教授在ICFO Romain Quidant领导，与研究人员Irene Prieto，Vanesa Sanz博士，Christine博士合作来自B. Braun 医疗设备和制药设备公司的Weis和Pau Turon博士设计了一种新技术，该技术使用纳米技术和光子学来显着提高外科植入物医疗网的性能。

自2012年以来，ICFO和B. Braun Surgical，SA的研究团队合作开发了一种具有特殊功能的医用网状物：网状物的表面经过化学改性以固定数百万个金纳米颗粒。为什么?因为已经证明金纳米粒子在局部区域高效地将光转化为热量。

在先前的研究中已经在癌症治疗中测试了在光热转换过程中使用金纳米颗粒的技术。据了解，全世界每年都有超过2000万次疝气修复手术，研究人员相信这种方法可以降低复发手术中的医疗费用，同时消除目前用于解决这一问题的昂贵且无效的抗生素治疗方法。

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因此，在他们的体外实验和彻底的过程中，研究小组用数百万个金纳米粒子涂覆手术网，将它们均匀地铺展在整个结构上。他们测试了网状物，以确保颗粒的长期稳定性，材料的不降解，以及纳米颗粒不会分离或释放到周围环境(烧瓶)中。他们能够使用扫描电子显微镜观察纳米颗粒在结构上的均匀分布。

一旦修改过的网状物准备就绪，研究小组将其暴露于金黄色葡萄球菌细菌24小时，直到他们观察到表面形成生物膜。随后，他们开始在30秒内将网状物暴露于近红外光(800nm)的短而强的脉冲以确保达到热平衡，然后在每次脉冲之间以4秒的休息间隔重复该处理20次。

他们发现了以下内容：首先，他们看到以特定频率照射网格会在纳米粒子中引起局部表面等离子体共振 - 这种模式导致光有效地转化为热量，燃烧表面上的细菌。

其次，通过使用荧光共聚焦显微镜，他们观察了有多少细菌死亡或仍然存活。他们观察到剩余的生物膜细菌成为浮游细胞，恢复了它们对抗生素治疗和免疫系统反应的敏感性或弱点。他们观察到，当增加传递到网状物表面的光量时，死细菌将失去其粘附性并从表面剥离。

第三，他们证实在近红外光范围内操作与体内设置完全兼容，这意味着这种技术很可能不会损害周围的健康组织。最后，他们重复处理并确认网格的反复加热并未影响其转换效率能力。

ICREA ICFO教授Romain Quidant说：“这项研究的结果为利用等离子体纳米技术防止外科植入物表面形成细菌生物膜铺平了道路。仍有几个问题需要解决，但重要的是强调这种技术确实意味着手术程序的根本改变和患者术后的进一步恢复。“

B. Braun Surgical研究与开发总监Pau Turon博士说：“我们致力于帮助医疗保健专业人员避免医院相关感染，这促使我们制定新的策略来对抗细菌和生物膜。此外，研究团队正在探索将此类技术扩展到必须避免生物膜的其他部门。“