Un modo più semplice per rimuovere i dispositivi medici

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Sfruttando un fenomeno che porta alla frattura del metallo, i ricercatori del MIT hanno progettato dispositivi medici che potrebbero essere utilizzati all'interno del corpo come stent, graffette o depositi di farmaci, per poi essere scomposti in modo sicuro su richiesta quando non sono più necessari.

I ricercatori hanno dimostrato che i dispositivi biomedici realizzati in alluminio possono essere disintegrati esponendoli a un metallo liquido noto come gallio-indio eutettico (EGaIn). In pratica, questo potrebbe funzionare applicando il liquido su punti metallici utilizzati per tenere unita la pelle, ad esempio, o somministrando microparticelle di EGaIn ai pazienti.

Secondo i ricercatori, innescare la disintegrazione di tali dispositivi in ​​questo modo potrebbe eliminare la necessità di procedure chirurgiche o endoscopiche per rimuoverli.

"È un fenomeno davvero drammatico che può essere applicato a diversi contesti", afferma Giovanni Traverso, professore assistente per lo sviluppo della carriera Karl van Tassel di ingegneria meccanica al MIT e gastroenterologo al Brigham and Women's Hospital. "Ciò che ciò consente, potenzialmente, è la possibilità di avere sistemi che non richiedono un intervento come un'endoscopia o una procedura chirurgica per la rimozione dei dispositivi."

Traverso è l'autore senior dello studio, che appare in Advanced Materials. Vivian Feig, postdoc del MIT, è l'autore principale dell'articolo.

Decomposizione dei metalli

Per diversi anni, il laboratorio di Traverso ha lavorato su dispositivi ingeribili che potrebbero rimanere nel tratto digestivo per giorni o settimane, rilasciando farmaci secondo un programma specifico.

La maggior parte di questi dispositivi sono realizzati con polimeri, ma recentemente i ricercatori hanno esplorato la possibilità di utilizzare metalli, che sono più resistenti e durevoli. Tuttavia, una delle sfide legate alla fornitura di dispositivi metallici è trovare un modo per rimuoverli una volta che non sono più necessari.

Per creare dispositivi che potessero essere scomposti su richiesta all'interno del corpo, il team del MIT si è ispirato a un fenomeno noto come infragilimento dei metalli liquidi. Questo processo è stato ben studiato come fonte di guasto nelle strutture metalliche, comprese quelle realizzate in zinco e acciaio inossidabile.

"È noto che alcune combinazioni di metalli liquidi possono effettivamente penetrare nei confini dei grani dei metalli solidi e provocarne l'indebolimento e la rottura drastici", afferma Feig. “Volevamo vedere se potevamo sfruttare quel noto meccanismo di fallimento in modo produttivo per costruire questi dispositivi biomedici”.

Un tipo di metallo liquido che può indurre infragilimento è il gallio. Per questo studio, i ricercatori hanno utilizzato gallio-indio eutettico, una lega di gallio che gli scienziati hanno esplorato per una varietà di applicazioni in biomedicina, nonché nell’energia e nell’elettronica flessibile.

Per i dispositivi stessi, i ricercatori hanno scelto di utilizzare l’alluminio, che è noto per essere suscettibile di infragilimento se esposto al gallio.

Il gallio indebolisce i metalli solidi come l'alluminio in due modi. In primo luogo, può diffondersi attraverso i confini dei grani del metallo – linee di confine tra i cristalli che compongono il metallo – provocando la rottura di pezzi di metallo. Il team del MIT ha dimostrato di poter sfruttare questo fenomeno progettando metalli con diversi tipi di strutture dei grani, consentendo ai metalli di rompersi in piccoli pezzi o di fratturarsi in un dato punto.

Il gallio impedisce inoltre all'alluminio di formare uno strato protettivo di ossido sulla sua superficie, che aumenta l'esposizione del metallo all'acqua e ne favorisce la degradazione.