伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员最近为整形外科植入物开发出了创新的"智能"涂层。这些涂层能够监测植入物的应力，及早发现潜在的植入物故障。此外，它们还能对抗可能导致感染的有害细菌。受蜻蜓和蝉翼的启发，这种智能涂层将柔性传感器与纳米结构抗菌表面融为一体。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校开发的骨科植入物智能涂层一面是杀灭细菌的纳米柱，另一面是应变映射柔性电子元件。这可以帮助医生指导病人康复，并在设备出现故障前进行维修或更换。资料来源：伊利诺伊大学贝克曼 ITG

在《科学进展》（Science Advances）杂志的一项新研究中，一个多学科研究小组发现，这种涂层能防止活体小鼠感染，并能绘制应用于羊脊柱的商业植入物的菌株图，以警告各种植入物或愈合失败。

研究负责人、伊利诺伊大学材料科学与工程系教授 Qing Cao 说："这是生物启发纳米材料设计与柔性电子学的结合，可解决复杂、长期的生物医学问题。"

Cao说，感染和设备故障都是骨科植入物的主要问题，每种问题都会影响多达10%的患者。他说，人们已经尝试了几种抗感染的方法，但都有严重的局限性： 拒水表面仍会形成生物膜，含有抗生素化学物质或药物的涂层在几个月内就会耗尽，对周围组织产生毒害作用，对抗药性细菌病原体的效果甚微。

伊利诺斯州的研究小组从蝉和蜻蜓的天然抗菌翅膀中汲取灵感，创造出一种薄薄的箔片，上面的纳米级支柱就像昆虫翅膀上的一样。当细菌细胞试图与箔片结合时，支柱会刺穿细胞壁，杀死细菌。

这项研究的共同作者、病理生物学教授吉-刘（Gee Lau）说："使用机械方法杀灭细菌让我们绕过了化学方法的许多问题，同时还让我们能够灵活地将涂层应用到植入物表面。"

在纳米结构箔片接触植入装置的背面，研究人员集成了高灵敏度的柔性电子传感器阵列，用于监测应变。研究人员说，这可以帮助医生观察每个病人的愈合进度，指导他们进行康复治疗，以缩短康复时间并将风险降到最低，还可以在设备出现故障前进行维修或更换。

工程小组随后与兽医临床医学教授安妮特-麦考伊（Annette McCoy）合作测试了他们的原型设备。他们将薄膜植入活体小鼠体内，监测它们是否出现任何感染迹象，甚至在引入细菌时也是如此。他们还将涂层应用于市场上销售的脊柱植入物，并监测植入物在正常负荷下对绵羊脊柱的应变，以诊断装置故障。涂层很好地完成了这两项功能。

原型电子器件需要线缆，但研究人员下一步计划为涂层开发无线供电和数据通信接口，这是临床应用的关键一步。他们还在努力开发纳米柱纹理杀菌箔的大规模生产。

Cao说："这些类型的抗菌涂层有很多潜在的应用，由于我们的涂层使用的是机械机制，因此它有可能应用于化学物质或重金属离子（目前商业抗菌涂层中使用的化学物质或重金属离子）会造成危害的地方。"