在体内分解的金属支架或钉书钉可以消除一些外科和内窥镜手术

通过利用导致金属断裂的现象，麻省理工学院的研究人员设计了可以在体内用作支架、订书钉或药物库的医疗设备，然后在不再需要时根据需要安全地分解。

研究人员表明，由铝制成的生物医学装置可以通过将它们暴露在一种称为共晶镓铟 (EGaIn) 的液态金属中来分解。在实践中，这可能通过将液体涂在用于将皮肤固定在一起的订书钉上，例如，或通过向患者施用 EGaIn 微粒来实现。

研究人员说，以这种方式触发此类设备的分解可以消除手术或内窥镜手术移除它们的需要。

“这是一个非常引人注目的现象，可以应用于多种环境，”麻省理工学院机械工程的 Karl van Tassel 职业发展助理教授、布莱根妇女医院的胃肠病学家 Giovanni Traverso 说。“这可能使系统能够不需要干预，例如用于移除设备的内窥镜检查或外科手术。”

Traverso 是该研究的高级作者，该研究发表在Advanced Materials上。麻省理工学院博士后 Vivian Feig 是该论文的第一作者。

分解金属

几年来，Traverso 的实验室一直在研究可以在消化道中停留数天或数周的可摄入设备，并按照特定的时间表释放药物。

这些设备中的大多数都是由聚合物制成的，但最近研究人员一直在探索使用更坚固、更耐用的金属的可能性。然而，交付金属设备的挑战之一是找到一种在不再需要它们时将其移除的方法。

为了制造可以在体内按需分解的设备，麻省理工学院的团队从一种被称为液态金属脆化的现象中汲取灵感。该过程已被充分研究为金属结构失效的根源，包括由锌和不锈钢制成的结构。

“众所周知，液态金属的某些组合实际上可以进入固态金属的晶界并导致它们显着减弱和失效，”费格说。“我们想看看我们是否可以以有效的方式利用已知的故障机制来构建这些生物医学设备。”

一种可诱发脆化的液态金属是镓。在这项研究中，研究人员使用了共晶镓铟，这是一种镓合金，科学家们已经探索了该合金在生物医学以及能源和柔性电子产品中的各种应用。

对于设备本身，研究人员选择使用铝，众所周知，铝在暴露于镓时容易脆化。

镓以两种方式削弱铝等固体金属。首先，它可以通过金属的晶界扩散——构成金属的晶体之间的边界线——导致金属碎片断裂。麻省理工学院的团队表明，他们可以通过设计具有不同类型晶粒结构的金属来利用这种现象，使金属能够破碎成小块或在给定点断裂。

镓还可以防止铝在其表面形成保护性氧化层，从而增加金属与水的接触并增强其降解。

麻省理工学院的团队表明，在将镓铟涂在铝制设备上后，金属会在几分钟内分解。研究人员还制造了镓铟纳米颗粒和微粒，并表明这些悬浮在流体中的颗粒也可以分解铝结构。

按需解体

虽然研究人员开始这项工作是为了创造一种可以在胃肠道中分解的设备，但他们很快意识到它也可以应用于其他生物医学设备，例如订书钉和支架。

为了演示 GI 应用，研究人员设计了一种星形装置，其臂通过空心铝管连接到中央弹性体。药物可以放在手臂上，并且设备的形状有助于它在胃肠道中保留很长时间。在一项动物研究中，研究人员表明，这种装置可以在用镓铟处理后在胃肠道中分解。

研究人员随后制造了铝钉，并表明它们可用于将组织固定在一起，然后用镓铟涂层溶解。

“现在，移除订书钉实际上会导致更多的组织损伤，”Feig 说。“我们展示了使用我们的镓配方，我们可以将其涂在订书钉上，然后让它们按需分解。”

研究人员还表明，他们设计的铝支架可以植入食道组织，然后被镓铟分解。

目前，食管支架要么永久留在体内，要么在不再需要时通过内窥镜移除。这种支架通常由金属制成，例如镍钛诺、镍和钛的合金。研究人员现在正在努力研究他们是否可以用镍钛诺和其他金属制造可溶解的装置。

“从材料科学的角度来看，一个令人兴奋的探索是：我们能否采用临床上更常用的其他金属并对其进行修改，以便它们也可以主动触发?” 费格说。

在这项研究中，研究人员对啮齿动物进行了初步毒性研究，发现镓铟即使在高剂量下也无毒。然而，研究人员说，需要更多的研究来确保对患者给药是安全的。

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