在一项新的研究中，德克萨斯农工大学的研究人员使用了一种皮肤状材料作为平台，研究静脉导管引起的感染。这项研究成果发表在《科学报告》杂志上，研究人员创建了由Ecoflex（一种硅橡胶）制成的真实皮肤复制品，这种材料有可能用于评估静脉导管引起的细菌感染风险，并测试可穿戴传感器等其他生物医学应用。研究发现，基于Ecoflex的皮肤复制品可以被设计成模仿实际皮肤的质地、湿润性和弹性，从而模拟细菌生长和附着的条件。
“我们认为这种材料在研究由于皮肤上自然存在的细菌引起的插入部位感染方面具有巨大的潜力，”德克萨斯农工大学生物医学工程系研究生马吉德·奥特曼·阿尔图梅里（Majed Othman Althumayri）说，他是这篇论文的主要作者。“我们的目标是创造一种成分可以从市场上购买到的皮肤状材料。Ecoflex不仅易于使用，而且可以快速固化，无需额外步骤，非常方便。”
人类皮肤每平方厘米大约有100万个细菌。其中最常见的是一种名为葡萄球菌（Staphylococcus），尤其是表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis），被认为是皮肤微生物组的典型居民。当皮肤上有切口、破裂或伤口时，细菌就可能进入血液，导致感染。事实上，在医院中，相对常见的感染是通过手术插入管子或导管进入静脉而发生的。每年仅在重症监护室就有约80,000例导管相关血液感染，突显了其在美国公共卫生领域的意义。
“我们在寻找预防静脉导管感染的解决方案方面进展缓慢，”阿尔图梅里说。“其中一个原因可能是我们缺乏良好的平台来测试新的导管设计或可穿戴生物传感器技术，并培训工作人员以减少感染数量。”
为了填补这一空白，研究人员转向了Ecoflex 00-35，这是一种快速固化的生物相容性橡胶，常用于特殊效果的假肢。首先，他们制作了常见静脉插入部位的模具，如肘部、手和前臂。然后，通过将Ecoflex倒入含有人工骨骼和充当血管的管子的模具中，研究人员创建了皮肤状复制品。
接下来，研究人员测试了Ecoflex皮肤复制品是否具有与真实皮肤相似的特性。他们测量了复制品的湿润性、细菌附着和机械性能，如弹性和韧性。研究发现，Ecoflex模型可以将人类皮肤粗糙度复制到7.5%的误差范围内。此外，高分辨率成像显示细菌可以附着在皮肤复制品上并生长。
在关键实验中，研究人员模拟了将静脉导管插入他们创建的Ecoflex手部复制品的过程。这个人工手有效地模拟了细菌生长的不同阶段，显示出这些复制品在实施感染控制措施和改进医疗设备设计（如导管）方面的潜力。
然而，研究人员指出，他们目前的实验尚未完全模拟现实世界的情况。
“开发能够模拟人类皮肤的现实皮肤模型是一个重要的初步步骤，”德克萨斯农工大学生物医学工程系助理教授、该研究的通讯作者哈蒂斯·塞兰·科伊德米尔博士（Dr. Hatice Ceylan Koydemir）说。“但我们认为，在未来的实验中加入体液和其他临床相关情况将进一步加强我们的发现，并进一步验证Ecoflex在医疗应用中的潜力。”
其他参与研究的人员包括生物医学工程系的研究生阿兹拉·亚普拉克·塔尔曼（Azra Yaprak Tarman）。
这项研究部分得到了美国国立卫生研究院（NIH）下属的一般医学科学研究所、国防部海军研究办公室和美国国家科学基金会资助的PATHS-UP工程研究中心的支持。研究人员还得到了生物医学工程系、远程健康技术和系统中心、德克萨斯农工大学工程实验站、AggieFab纳米制造设施和软物质设施的额外支持。
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