Обычные глазные капли — простое и привычное средство, но даже их применение порой превращается в испытание. Нужно попасть точно в глаз, не моргнуть в неподходящий момент и не пролить лекарство мимо. В условиях невесомости задача становится еще сложнее: жидкость не стекает вниз под действием силы тяжести, а собирается в плавающие капли. Решить эту проблему ученые предлагают с помощью необычного устройства — гибкого пластыря, который самостоятельно доставляет лекарство к глазу.
Разработку под названием SIMP (Self-Instillation Microfluidic Eyedrop Patch) создала команда исследователей из Корейского передового института науки и технологий (KAIST) совместно со специалистами больницы Сеульского национального университета в Бундане. Изначально технология предназначена для использования космонавтами, однако в перспективе она может пригодиться и на Земле.
Как работает пластырь для глазных капель?
Устройство изготовлено преимущественно из гибкого биосовместимого полимера — материала, способного контактировать с тканями организма. Пластырь прикрепляется к коже рядом с глазом с помощью медицинского клея. Внутри него расположены три камеры, соединенные микроканалами, по которым перемещаются жидкости и газы.
Каждая камера выполняет свою задачу:
- Первая содержит увлажненную тканевую вставку. Она служит источником небольшого количества воды.
- Вторая заполнена веществами, образующими газ при взаимодействии. Это аскорбиновая кислота (витамин C) и гидрокарбонат натрия — основа обычной пищевой соды.
- Третья содержит дозу глазного препарата, которую необходимо доставить пациенту.
Принцип работы устройства основан на простой химической реакции, преобразующей механическое нажатие в давление газа.
Когда человек нажимает пальцем на участок пластыря с увлажненной тканью, вода выдавливается из нее и поступает по микроканалу во вторую камеру. Там аскорбиновая кислота вступает в реакцию с гидрокарбонатом натрия, в результате чего образуется углекислый газ.
Специальный фильтр задерживает пену, не позволяя ей попасть в лекарственный отсек, но пропускает газ. Возникающее давление воздействует на камеру с препаратом и выталкивает лекарство по последнему микроканалу прямо к уголку глаза.
Таким образом, человеку не нужно держать флакон над лицом и самостоятельно направлять каплю. Достаточно правильно расположить пластырь и нажать на него.
Работает ли технология на практике?
Исследователи уже проверили устройство с участием добровольцев. Результаты показали, что пластырь способен доставлять лекарство в количестве, сопоставимом с обычным способом применения глазных капель.
Кроме того, ученые испытали устройство при различных ориентациях относительно направления земного притяжения. Это важный этап проверки: система должна работать не только в привычном положении, когда человек стоит или сидит, но и при изменении положения тела.
Однако есть существенное ограничение. На момент публикации результатов исследователи еще не испытывали пластырь в условиях настоящей невесомости. Поэтому его эффективность в космосе пока остается перспективой, которую предстоит подтвердить экспериментально.
Кому пригодится новый способ доставки лекарств?
Космонавты — далеко не единственная группа людей, которым может помочь такая технология. На Земле многие пациенты испытывают трудности с самостоятельным использованием глазных капель.
Например, людям с болезнью Паркинсона может мешать тремор — непроизвольное дрожание рук. Из-за него бывает трудно удерживать флакон неподвижно и точно направлять каплю в глаз. Похожие проблемы возникают у людей с ограниченной подвижностью кистей и нарушенной координацией движений.
Пластырь SIMP потенциально способен упростить процедуру: вместо точного дозирования вручную человеку потребуется лишь активировать устройство нажатием пальца. Это особенно важно, когда лекарство нужно применять регулярно.
Для космических полетов преимущества еще очевиднее. В невесомости даже небольшие капли жидкости могут свободно перемещаться по кабине, попадать на оборудование или создавать неудобства для экипажа. Контролируемая доставка препарата непосредственно к глазу могла бы сделать медицинские процедуры безопаснее и удобнее.
Исследование проводилось под руководством профессора Ки-Хуна Чона (Ki-Hun Jeong) из KAIST. Результаты работы опубликованы в научном журнале Sensors and Actuators B: Chemical.
Что дальше?
Пластырь SIMP демонстрирует, как сочетание микрофлюидики — технологии управления малыми объемами жидкостей в миниатюрных каналах — и простой химической реакции может решить вполне практическую задачу. Вместо сложного электронного устройства разработчики использовали компактную систему камер, каналов и источника давления.
Тем не менее до широкого применения технологии еще предстоит пройти несколько этапов. Необходимо подтвердить ее эффективность в условиях микрогравитации, оценить точность дозирования и безопасность при регулярном использовании.
Если дальнейшие испытания окажутся успешными, такой пластырь сможет стать удобной альтернативой традиционным глазным каплям как во время космических миссий, так и в повседневной медицинской практике.
