Alternatywa dla igły

Podawanie leków czy szczepionek za pomocą strzykawki z metalową igłą, ze względu na jej bezpośredni kontakt z krwią pacjenta, powoduje ryzyko rozprzestrzeniania się chorób zakaźnych. Dzięki zapadaniu się mikropęcherzyków powstających pod wpływem prądu elektrycznego można wstrzykiwać leki bez użycia igły – informuje pismo „Cyborg and Bionic Systems”.

Próbując rozwiązać problem wstrzykiwania leków bez użycia igły, większość proponowanych systemów przebija skórę i wprowadza lek dzięki strumienia wody pod wysokim ciśnieniem. Naukowcy z Kyushu University w Japonii opracowali metodę powtarzalnej mechanicznej oscylacji z użyciem elektrycznie indukowanych mikropęcherzyków, która może zastąpić zastrzyk wykonywany z użyciem igły i strzykawki.

– Opracowaliśmy elektrycznie indukowany generator mikropęcherzyków do wstrzykiwania bez użycia igły poprzez powtarzające się oscylacje mechaniczne spowodowane dynamiką mikropęcherzyków. W porównaniu z istniejącymi wstrzykiwaczami bez igły można go łatwo zintegrować z istniejącymi urządzeniami medycznymi przy niskich kosztach i łatwej obsłudze – powiedział autor, dr Yibo Ma z Kyushu University.

– W tych badaniach poprawiliśmy zdolność wprowadzania odczynnika dzięki bezigłowego systemu iniekcji mikropęcherzyków indukowanych elektrycznie, wykorzystując odbijanie fali uderzeniowej – dodał.

Kiedy do elektrody przykładany jest impuls wysokiego napięcia, na jej czubku pojawia się skoncentrowane pole elektryczne i powstaje mikropęcherzyk. Mikropęcherzyk ten rozszerza się, a następnie zapada. Kiedy mikropęcherzyk się zapada, generowana jest fala uderzeniowa i tworzy się mikrostrumień.

Przy pierwszym impulsie napięcia fala uderzeniowa jest przekazywana do tkanki, a tkanka wibruje bez perforacji. Następnie tworzy się mikrostrumień i perforuje tkankę. Przy drugim impulsie napięcia fala uderzeniowa jest przekazywana do tkanki, a rana perforacyjna rozszerza się poprzez wibrację tkanki. Następnie mikrostrumień perforuje i pogłębia ranę.

Proces ten powtarzano przez 3000 cykli, aby uzyskać wstrzyknięcie do tkanki. Autorzy badania proponują półelipsoidalny reflektor, aby odbijać falę uderzeniową po zapadnięciu się mikropęcherzyka, która inaczej rozprzestrzeniałaby sie we wszystkich kierunkach. Bez reflektora tylko część fali uderzeniowej przesyłana w kierunku powstającej rany rozszerza ją, a większość energii mechanicznej fali jest w ten sposób tracona.

Autorzy porównali głębokość wstrzyknięcia z odbiciem fali uderzeniowej i bez niego oraz zobrazowali falę uderzeniową dzięki fotografii metodą Schlierena. Fotografia Schlierena (lub fotografia smugowa) to technika, która pozwala na wizualizację przepływu płynów, w tym powietrza, poprzez rejestrację zmian współczynnika załamania światła w tych płynach.

Uzyskane wyniki dowodzą, iż użycie urządzenia odbijającego falę uderzeniową może poprawić głębokość penetracji odczynnika o mniej więcej 200 mikrometrów. To pokazało potencjał tej metody w przypadku iniekcji bezigłowych.

– W przyszłości zoptymalizujemy metodę odbicia fali uderzeniowej i skupimy falę uderzeniową, aby poprawić wydajność naszej metody iniekcji bezigłowych — zapowiada Yibo Ma.