傳統(tǒng)靜脈注射針的剛性特征會(huì)導(dǎo)致組織損傷，并增加通過針頭傳播病原體的風(fēng)險(xiǎn)。為解決以上問題，韓國科學(xué)技術(shù)院Jae-Woong Jeong/Won-Il Jeong團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種靜脈注射針，其剛度和形狀取決于體溫。這種注射針的針頭足夠硬，可以插入軟組織，但插入后會(huì)變得不可逆轉(zhuǎn)地軟化，以適應(yīng)血管的形狀，并減少移除時(shí)針頭損傷的風(fēng)險(xiǎn)。此外，集成薄膜溫度傳感器的靜脈注射針可以監(jiān)測(cè)小鼠的核心體溫，并在體外檢測(cè)豬組織的液體滲漏。該研究近期以“A temperature-responsive intravenous needle that irreversibly softens on insertion”為題發(fā)表在Nature Biomedical Engineering期刊上。

圖1a顯示了溫度敏感型靜脈注射針的示意圖。這種靜脈注射針主要包括兩個(gè)部分：（1）矩形針框，和（2）軟聚合物封裝。針框由鎵制成兩種U型槽結(jié)構(gòu)；每個(gè)框的上、側(cè)壁厚度分別為0.20 mm和0.10 mm。外U型槽框架放置在內(nèi)U型槽平臺(tái)上，將其兩側(cè)壁圍成一個(gè)封閉的矩形中空結(jié)構(gòu)，然后使用具有優(yōu)異撕裂強(qiáng)度的有機(jī)硅進(jìn)行封裝。鎵是開發(fā)可變剛度醫(yī)用針的最佳材料，因?yàn)樗诠腆w和液體之間具有相轉(zhuǎn)換性、低玻璃化溫度和生物相容性。為了增加更多的功能，可以將薄膜溫度傳感器嵌入針頭中，以實(shí)現(xiàn)體溫的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 這種溫度敏感型靜脈注射針的剛度和形狀可以調(diào)整。

針在室溫下堅(jiān)硬而筆直，就像傳統(tǒng)的醫(yī)用針一樣，但當(dāng)施加~ 30°C或更高的溫度時(shí)，由于封裝的鎵框架的液化，針變得柔軟。圖1c顯示了這種靜脈注射針的剛度調(diào)節(jié)特性，以及其即使在柔軟、高度變形的狀態(tài)下也能可靠地輸送流體的能力。此外，靜脈注射針在使用后是完全軟化的，使其完全不可重復(fù)使用。因此，這種靜脈注射的特性不僅加強(qiáng)了靜脈注射時(shí)患者的舒適度和依從性，還降低了通過意外針頭損傷和針頭重復(fù)使用在患者和醫(yī)護(hù)人員中傳播致命血液傳播病原體的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

圖1?溫度敏感型靜脈注射針針頭的設(shè)計(jì)和工作原理

了解溫度敏感型靜脈注射針的熱行為對(duì)于確定其剛度變化特性至關(guān)重要。圖2a ~ 2c顯示了溫度敏感型靜脈注射針對(duì)模擬生物組織環(huán)境（~ 37°C）的溫度的熱響應(yīng)。根據(jù)相變圖，當(dāng)溫度敏感型靜脈注射針暴露在37℃時(shí)，大約需要60秒才能轉(zhuǎn)變?yōu)槿彳洜顟B(tài)，相變過程中體積變化可以忽略不計(jì)。鎵基針的剛性到柔軟狀態(tài)的相轉(zhuǎn)變時(shí)間可以通過減少鎵和聚合物密封劑的厚度來改善。 圖2d顯示了溫度敏感型靜脈注射針的剛度調(diào)節(jié)能力。剛性模式下的溫度敏感型靜脈注射針具有較高的彎曲剛度，可以確保軟組織插入。當(dāng)轉(zhuǎn)換為柔軟狀態(tài)時(shí)，剛度顯著降低，促進(jìn)動(dòng)態(tài)變形，從而消除血管壁機(jī)械損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

為了進(jìn)一步確定剛性溫度敏感型靜脈注射針的組織穿透能力，該研究利用人造組織模型進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，溫度敏感型靜脈注射針的抗壓強(qiáng)度可以克服穿刺皮膚所需的應(yīng)力，等效皮膚穿刺力為1 N。此外，鎵基針頭封裝材料的選擇對(duì)于安全、剛性插入起著至關(guān)重要的作用。

圖2 鎵基溫度敏感型靜脈注射針的熱學(xué)和機(jī)械特性

最后，為了在靜脈注射期間提供更好的患者護(hù)理，該研究將薄膜溫度傳感器與剛性溫度敏感型靜脈注射針集成，以方便監(jiān)測(cè)核心體溫或檢測(cè)治療藥物的滲漏。將帶有蛇形結(jié)構(gòu)傳感元件的金薄膜集成在剛性溫度敏感型靜脈注射針針尖附近，以精確捕獲現(xiàn)場(chǎng)溫度。薄膜溫度傳感器的超薄且靈活的結(jié)構(gòu)有助于實(shí)現(xiàn)無縫接口。研究結(jié)果表明，具有熱傳感能力的溫度敏感型靜脈注射針可用于輸液過程中的體溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以及治療藥物滲漏的即時(shí)檢測(cè)。

圖3?與溫度傳感器集成的溫度敏感型靜脈注射針的潛在用途

總之，該研究設(shè)計(jì)了剛度可調(diào)的溫度敏感型靜脈注射針，其具有良好的生物力學(xué)兼容性和一次性使用的特性帶來的安全性。該靜脈注射針可應(yīng)用于許多其他具有臨床意義的環(huán)境。此外，這種靜脈注射針還可以為世界衛(wèi)生組織在全球范圍內(nèi)發(fā)出的防止重復(fù)使用針頭和不安全注射做法的呼吁提供解決方案。

編輯：黃飛

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