Experten der Eidgenössischen Hochschule für Materialwissenschaft und Technologie (EMPA) und des Forschungszentrums der ETH Zürich haben sich zusammengeschlossen, um ein bahnbrechendes Projekt zu schaffen. Ihnen ist es gelungen, eine Laserschweißtechnik zu entwickeln, die Wunden ohne zusätzlichen Laserschutz schnell und sicher heilt.
Die Experten tragen einen Nanopartikel-Umschlag auf die Wunde auf und härten die Wunde dann mit Licht aus – eine neue Methode zur Wundversiegelung, die zu einem neuen Werkzeug im Operationssaal werden könnte.
Nach Angaben des ETH-Teams haben Chirurgen in der Vergangenheit Forschungen zum Laserschweißen als Wundverschlussmethode durchgeführt. Diese Methode soll die Heilung beschleunigen und das Infektionsrisiko verringern, bringt jedoch die Herausforderung der Temperaturüberwachung und -kontrolle mit sich.
Das Hauptproblem besteht darin, dass diese thermische Reaktion innerhalb des intrinsischen Bereichs von Biomaterialien bleiben muss und die Temperatur auf nicht-invasive Weise schwer zu messen ist – was bei der Anwendung von Schweißprozessen in der Medizin eine Herausforderung darstellt.
Zu den früheren Forschungsarbeiten gehört ein Projekt aus dem Jahr 2018 an der Arizona State University, bei dem Goldnanopartikel in Lotmaterialien eingearbeitet wurden, um thermische Effekte zu beeinflussen und Entzündungen zu minimieren.
Die Lösung wurde dieses Mal hingegen vom Particle-Biological Interactions Laboratory der EMPA und dem Nanoparticle Systems Engineering Laboratory der ETH Zürich entwickelt. Sie entwickelten einen Klebstoff mit Metall- und Keramik-Nanopartikeln und nutzten ein Nanothermometer zur Temperaturkontrolle. Das neue Lötverfahren heißt „iSoldering“ (intelligentes Löten).
Die Technik verwendet zwei Arten von Nanopartikeln – Titannitrid und Wismutvanadat. Wenn diese Partikel von einer Lichtquelle beleuchtet werden, die vom umgebenden Gewebe schwach absorbiert wird, wandelt das Titannitrid das Licht in Wärme um, während das Wismutvanadat als „Nanothermometer“ fungiert, das je nach Temperatur unterschiedliche Wellenlängen aussendet.
Klinische Übersetzung durch medizinische Infrarotlampen
Diese Kombination von Nanopartikeln mache iSoldering besonders für minimalinvasive Eingriffe geeignet, so die Forscher. Dies liegt daran, dass das kombinierte Lot nicht gerührt werden muss und der Temperaturunterschied sowohl in flachen als auch in tiefen Wunden mit sehr hoher räumlicher Auflösung bestimmt werden kann.
Nach Abschluss der mathematischen Modellierung der vorgeschlagenen Technologie startete das Projekt eine Zusammenarbeit mit Chirurgen des Universitätsspitals Zürich, der Cleveland Clinic in den USA und der Karls-Universität in Prag, um mit der Bewertung des Potenzials von iSoldering für klinische Anwendungen zu beginnen.
Experten der EMPA sagten: „In Labortests ist es dem Forschungsteam gelungen, eine schnelle, stabile und biokompatible Verbindung von Organwunden einschließlich der Bauchspeicheldrüse und der Leber zu erreichen. iSoldering zeigte seine hervorragende Versiegelungswirkung selbst bei schwierigen Gewebeblockaden wie der Harnröhre.“ , Eileiter oder Darm.“
Das Forschungsteam stellte in seiner Arbeit außerdem fest, dass iSoldering ein großes Potenzial für den Einsatz in der Roboter- und laparoskopischen Chirurgie hat, wenn es mit häufigen Problemen wie einer falschen Nahtpositionierung konfrontiert wird.
Während die „iSoldering“-Option ursprünglich als direkte Laserbestrahlungsmethode gedacht war, untersucht das Team derzeit, ob der gleiche Effekt durch den Einsatz einer milderen Nahinfrarotbeleuchtung mit geringer Intensität erzielt werden kann. Sollte dies gelingen, würde dies den klinischen Transferprozess erheblich vereinfachen, da Nahinfrarotlicht in der Medizin bereits weithin anerkannt und eingesetzt wird.
Inge Herrmann von der EMPA kommentierte: „Wenn es möglich ist, medizinisch anerkanntes Infrarotlicht zu nutzen, dann wird diese innovative Schweißtechnik hoffentlich Einzug in den traditionellen Operationssaal halten, ohne dass zusätzliche Laserschutzmaßnahmen erforderlich sind.“
Diese Kombination von Nanopartikeln mache iSoldering besonders für die minimalinvasive Chirurgie geeignet, sagten die Forscher. Dies liegt daran, dass das kombinierte Lot nicht gerührt werden muss und der Temperaturunterschied sowohl in flachen als auch in tiefen Wunden mit sehr hoher räumlicher Auflösung bestimmt werden kann.
Nach Abschluss der mathematischen Modellierung der vorgeschlagenen Technologie startete das Projekt eine Zusammenarbeit mit Chirurgen des Universitätsspitals Zürich, der Cleveland Clinic in den USA und der Karls-Universität in Prag, um mit der Bewertung des Potenzials von iSoldering für klinische Anwendungen zu beginnen.
Experten der EMPA sagten: „In Labortests ist es dem Forschungsteam gelungen, eine schnelle, stabile und biokompatible Verbindung von Organwunden einschließlich der Bauchspeicheldrüse und der Leber zu erreichen. iSoldering zeigte seine hervorragende Versiegelungswirkung selbst bei schwierigen Gewebeblockaden wie der Harnröhre.“ , Eileiter oder Darm.“
Das Forschungsteam stellte in seiner Arbeit außerdem fest, dass iSoldering ein großes Potenzial für den Einsatz in der Roboter- und laparoskopischen Chirurgie hat, wenn es mit häufigen Problemen wie einer falschen Nahtpositionierung konfrontiert wird.
Während die „iSoldering“-Option ursprünglich als direkte Laserbestrahlungsmethode gedacht war, untersucht das Team derzeit, ob der gleiche Effekt durch den Einsatz einer milderen Nahinfrarotbeleuchtung mit geringer Intensität erzielt werden kann. Sollte dies gelingen, würde dies den klinischen Transferprozess erheblich vereinfachen, da Nahinfrarotlicht in der Medizin bereits weithin anerkannt und eingesetzt wird.
Inge Herrmann von der EMPA kommentierte: „Wenn es möglich ist, medizinisch anerkanntes Infrarotlicht zu nutzen, dann wird diese innovative Schweißtechnik hoffentlich Einzug in den traditionellen Operationssaal halten, ohne dass zusätzliche Laserschutzmaßnahmen erforderlich sind.“
