Implanteerbare arrays van microkamers tonen potentiële capaciteit voor het vasthouden en vrijgeven van nauwkeurig gecontroleerde hoeveelheden medicijnen op commando, rapporteren A*STAR-onderzoekers met collega's in Singapore, Rusland en het Verenigd Koninkrijk.

Een nabij-infrarode laserstraal werkt om geselecteerde microkamers op het gewenste moment open te breken. "Dit nabij-infraroodlicht is de perfecte manier om medicijnafgifte te activeren, omdat het de maximale penetratie in biologische weefsels heeft, ", zegt Maxim Kiryukhin van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering. De vereiste golflengten vallen binnen het 'therapeutische venster' waardoor licht voor medisch gebruik veilig het lichaam kan bereiken.

Het team maakt de microkamers van composieten van polymeren en grafeenoxide. "Mijn onderzoeksgroep was een pionier in de productie van microkamerarrays met behulp van technieken die nano-imprintlithografie en laag-voor-laag assemblage worden genoemd, ", zegt Kiryukhin. De lithografiestap maakt sjablonen met een gewenst patroon van microwells die in hun oppervlak zijn gedrukt. Lagen van polymeren en grafeenoxide worden vervolgens op de sjablonen opgebouwd om een ​​composietmateriaal te maken. De sjablonen kunnen worden opgelost of weggepeld, het creëren van de polymeer / grafeenoxide-kamerarrays die kunnen worden verzegeld met een laag plastic.

Als ze medicijnen moeten bevatten voor aflevering in het lichaam, de kamers moeten mechanisch robuust zijn. "Mislukking, gevolgd door plotselinge afgifte van de volledige lading van het medicijn, catastrofaal zou kunnen zijn, " Kiryukhin wijst erop. Het opnemen van grafeenoxidelagen in de polymeerlagen is de cruciale innovatie die de kamers voldoende stabiel maakt en reageert op nabij-infraroodlicht.

De onderzoekers hebben al technieken ontwikkeld waarmee de kamers kunnen worden gevuld met allerlei chemische oplossingen; geselecteerde kamers kunnen vervolgens worden verstoord met gericht laserlicht (zie afbeelding). Dit zou clinici een nauwkeurige controle geven over de snelheid van medicijnafgifte om aan verschillende patiënten en aandoeningen te voldoen.

Dit proof-of-concept-werk legt de basis voor de overgang naar tests met echte medicijnen bij dieren en vervolgens bij mensen. Kiryukhin legt uit dat het team vertrouwt op hun samenwerkende onderzoeksgroepen in het VK, China en Rusland om deze uitdaging aan te gaan.

Ondertussen zoeken de A*STAR-onderzoekers naar bredere mogelijkheden. "We zijn geïnteresseerd in het gebruik van de Chambered arrays in detectietechnologieën, zoals het detecteren van de mate van versheid van voedsel of het diagnosticeren van de toestand van wonden en zieke weefsels, " legt Kiryukhin uit. De microkamers kunnen een signaal afgeven, zoals fluorescentie, als reactie op de waargenomen veranderingen, bijvoorbeeld.