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美国生物仿生技术发展现状:正超越军事造福医学
发布时间:2016-11-01
阅读:718

杰弗里·卡普(Jeffrey Karp)是一名生物工程学家,也是一名生物仿生的践行者。其善于用来自自然界的灵感创造突破性的医疗技术。日前,《卫报》撰文介绍了他的工作,描绘了其正在用生物仿生解决人类面临的医学问题。
2005年夏季的一个夜晚,美国马萨诸塞州波士顿布莱根妇女医院(Brigham and Women's Hospital,BWH)的生物工程师杰弗里·卡普(Jeffrey Karp)在同事办公桌上发现了一本杂志。他的目光被杂志中的蜘蛛侠全彩插页所吸引,于是坐下来开始阅读。
杂志上的这篇文章详细介绍了研究人员如何模仿壁虎四肢研发出一种新的合成材料。这种仿生材料模仿了壁虎四肢末端的细微发丝状支柱,这些小支柱能够让壁虎轻易粘附在物体表面,也可以轻松与物体分开。研究人员认为这种新材料可以制成手套,让特种作战人员像蜘蛛侠一样爬上建筑物的外墙。
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看到这篇文章,卡普告诉笔者,“我的脑袋开始飞速转动”。他的第一个想法是使用这种新材料研发一种新型的医用胶带,可以替代手术中的缝合线以及缝合针。因为后者可能会损伤到伤口周围的敏感组织。当时卡普与世界知名生物工程师罗伯特·兰格(Robert Langer)合作研究如何研发一种可降解的生物材料,以融合人体内部伤口。卡普认为,相比于外科手术中使用的缝合线以及缝合针,可降解生物材料制成的医用胶带更适用于复杂的外科手术,譬如在胃肠绕道手术中将小肠扎在一起。
在看完杂志的第二天早上,卡普走进兰格的办公室,向兰格分享了这个发现,并赢得了相应的研究资助。当其开始研究时,卡普发现仅仅依靠新材料发丝粗细支柱的摩擦力来制作胶带是远远不够的。其虽然能够支撑壁虎在侧墙运动,但要想将人体组织的伤口固定,需要更强的粘附力。
当卡普试着用胶水涂抹在新材料表面时,发现胶水渗透在细小支柱中间,就像蜂蜜涂在了毛刷上;接下来,卡普又尝试将材料表面的支柱尽可能的集中在一起,但是却没有足够多的面积与人体组织接触产生相应的附着力。因此,卡普又再次将这些小支柱分开,然后尝试对每一个支柱涂抹胶水,而不是在新材料表面一刷了之。最终,每当人体组织接触一个支柱,就会牢牢吸附住,这样卡普有了最终的解决方法。
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马萨诸塞塔夫茨大学生物医学工程系主任戴维·卡普兰(David Kaplan)指出,“这是解决问题的一个好例子。”2008年,美国麻省理工学院的科技评论杂志Technology Review将卡普评为全球35岁以下的顶级创新者之一。
现年40岁的卡普在BWH经营着自己的实验室。其被业界誉为生物仿生学家,经常从现有的大自然中汲取精华以解决科学难题。壁虎医用胶带是卡普第一个有价值的发明,卡普也因此被认为是该领域的领军人物。卡普经常告诉公众,其成功归功于“蜘蛛侠”。在其办公室中张贴着蜘蛛侠的海报,而卡普在演讲中也曾穿过蜘蛛侠的T恤衫。而卡普当前的项目包括新型外科手术钉,其灵感来自于豪猪刺。这种外科钉在皮肤中产生的创口较小,能够防止细菌进入伤口。此外卡欧还在研发一中类似于海洋蠕虫粘性分泌物的新型外科胶水,其强度足以粘合包括心脏在内的人体活动器官。
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