医療機器を簡単に取り外す方法

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MITの研究者らは、金属の破壊につながる現象を利用して、体内でステント、ステープル、または薬剤貯蔵庫として使用でき、不要になったら必要に応じて安全に分解できる医療機器を設計した。

研究者らは、アルミニウム製の生体医療機器を共晶ガリウムインジウム (EGaIn) として知られる液体金属にさらすことで分解できることを示しました。 実際には、これは、例えば皮膚を固定するために使用されるステープルに液体を塗布することによって、または患者にEGaIn微粒子を投与することによって機能する可能性がある。

この方法でそのような装置の崩壊を引き起こすことができれば、それらを除去するための外科的処置や内視鏡的処置の必要性がなくなる可能性がある、と研究者らは述べている。

「これは、いくつかの状況に適用できる、実に劇的な現象です」と、MIT 機械工学のカール・ファン・タッセル・キャリア開発助教授であり、ブリガム・アンド・ウィメンズ病院の消化器内科医でもあるジョバンニ・トラヴェルソ氏は言う。 「これにより、潜在的に、内視鏡検査やデバイスの取り外しのための外科的処置などの介入を必要としないシステムが可能になる可能性があります。」

Traverso は、Advanced Materials に掲載されている研究の上級著者です。 MIT 博士研究員の Vivian Feig がこの論文の筆頭著者です。

金属の分解

トラヴェルソ氏の研究室は数年にわたり、消化管内に数日または数週間留まり、特定のスケジュールで薬物を放出できる摂取可能なデバイスの開発に取り組んできた。

これらのデバイスのほとんどはポリマーで作られていますが、研究者らは最近、より強く耐久性のある金属を使用する可能性を模索しています。 ただし、金属製デバイスを提供する際の課題の 1 つは、不要になったときにそれらを削除する方法を見つけることです。

体内でオンデマンドで分解できるデバイスを作成するために、MIT チームは液体金属脆化として知られる現象からインスピレーションを得ました。 このプロセスは、亜鉛やステンレス鋼などの金属構造の故障の原因としてよく研究されています。

「液体金属の特定の組み合わせは、実際に固体金属の粒界に入り込み、金属を劇的に弱めて破損させる可能性があることが知られています」とフェイグ氏は言う。 「私たちは、既知の故障メカニズムを生産的な方法で利用して、これらの生物医学機器を構築できるかどうかを確認したかったのです。」

脆化を引き起こす可能性のある液体金属の 1 つの種類はガリウムです。 この研究では、研究者らは共晶ガリウム - インジウムを使用しました。これは科学者が生物医学、エネルギーおよびフレキシブルエレクトロニクスにおけるさまざまな用途のために研究してきたガリウムの合金です。

研究者らはデバイス自体に、ガリウムにさらされると脆化しやすいことが知られているアルミニウムを使用することを選択した。

ガリウムはアルミニウムなどの固体金属を 2 つの方法で弱めます。 まず、金属の粒界（金属を構成する結晶間の境界線）を通って拡散し、金属片の破壊を引き起こす可能性があります。 MIT チームは、さまざまな種類の粒子構造を持つ金属を設計することでこの現象を利用でき、金属を小さな破片に分割したり、特定の点で破壊したりできることを示しました。

また、ガリウムは、アルミニウムの表面に保護酸化物層が形成されるのを防ぎます。これにより、金属が水にさらされやすくなり、劣化が促進されます。