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打爆了眼球也能治好?我們造出了《王牌特工》同款凝膠!


2018年4月18日19時 今日科學 果殼網
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作者:yz-nini

編輯:明天

本期《科學-轉化醫學》(Science Translational Medicine)雜誌的封面頗具暴力美學:裸露的眼球、刺目的傷痕和不明所以的「毛毛蟲」狀物,在黑色背景的襯托下刺激著人們的獵奇心。

受傷的眼球和「體貼入微」的感溫水凝膠:低溫時,凝膠聚合物「伸出」親水的側鏈(像及了毛毛蟲的腹足);達到體溫時,凝膠「收起」側鏈,聚合成團「安撫」受傷的眼球。圖片來源:Science

然而,這卻是一個有溫度的治癒系的故事……

關於受傷的眼球和「體貼入微」的凝膠…

關於王的男人死而復生的可能。

臉叔復活→開放性眼球損傷→感溫水凝膠

王牌特工中的臉叔(演員Colin Firth,因顏值爆棚且Firth發音類似Face而被暱稱為臉叔)在第一部劇尾慘遭眼部爆頭的致命傷。在第二部的設定中,臉叔神乎其神的回歸了!臉叔的「復活」基本全靠ALPHA GEL,一款王牌特工保命神器。

本著腦洞無限大的精神,對這一橋段的分析如下:

臉叔受到近距離槍擊,(結合原著漫畫細節)子彈經左眼穿入,從後腦穿出。近擊爆頭的存活率極低,為了減弱死而復活的違和感,搶救中先用高能繃帶固定左眼至後腦的貫通傷,用筆芯注射器注入核心科技——ALPHA GEL,再運回大本營治療。

王的男人—臉叔受傷及搶救經過。在王牌特工1中,臉叔在教堂之役後慘遭爆頭,左眼開放性眼球損傷。臉叔傷情經兄弟組織發現後,急救小分隊火速趕至事故現場並給予急救處理。其中起到化腐朽為神奇作用的是兄弟組織自主智慧財產權的阿法爾膠(ALPHA

GEL)——直達患處保護神經組織並幫助修復的神器,但是有失憶症的副作用(推動劇情發展)。圖片來源:王牌特工2:黃金圈網絡視頻截圖|拼圖及吐槽:腦洞謝

當然,現實世界中別說是爆頭了,單是遭遇這種開放性眼球損傷也是非常危險的。全世界開放性眼球損傷每年發生20萬例,年發病率每10萬人3.5例<1>。青少年經常因車禍、打架、放炮竹、玩氣槍等造成開放性眼球損傷。不同於電影中的處理,一旦確診為眼球破裂傷,緊急處理的重點是預防破傷風和經驗性應用抗生素,為日後的根治性手術作準備。一般來說,24小時內快速封住開放性眼球損傷有助於獲得最佳的視力結局。

看見Niki Bayat小組推出的修眼神膠時<2>,被安利了王牌特工電影後腦洞大開的我立馬聯繫上了ALPHA GEL。雖然沒有ALPHA GEL自帶納米機器人的科幻修復功能,但這款現實版凝膠的目標與ALPHA

GEL倒是很像的——在戰爭狀態,或者沒有條件立即眼科手術修復的情況下,臨時封住開放性眼球損傷,為日後的手術創造更好的眼部條件。膠體接觸到眼球才會凝固成形,持久力強,澆上冷水就能變形取出,不造成二次傷害等特點讓這款凝膠頗具賣點,有望加入新一輪王牌裝備。

能屈能伸→使用方便→用了都說好

理想的修眼凝膠需要具有兩方面的特性:

一是可以根據溫度的變化完成固態和液態之間的轉化——在體溫的時候呈固態封住眼睛的開放性創口,在溫度下降到15攝氏度後就可以溶解成液態。

二是發明一種裝置方便快捷地將這種凝膠用合適的溫度放進合適的地方。

智能修眼凝膠原理示意圖。凝膠在15-25℃時呈液態,分子結構中的親水基團舒展呈液態;凝膠加熱至32℃以上後呈固態,分子結構疏水呈球狀。當有開放性眼傷時,將液態的凝膠注入傷口,凝膠接觸人體後溫度上升,貼合創口的形狀凝固,從而封閉開放傷口。當需要進一步手術時,用冷水將凝膠降溫至15℃液化後取出。圖片來源:文獻<2>|翻譯:腦洞謝

研究人員利用一種叫做聚異丙基丙烯醯胺(PNIPAM)的凝膠,充分利用它隨溫度會改變自身形狀的特性,優化出了一款適合開放性眼傷,彈性和持久力均佳的凝膠。用此款凝膠封住傷口,不但可以控制眼壓,甚至還有一定的粘合功能。

性能這麼好,怎麼才能在實際中推廣呢?總不能在戰場救人時自帶一個實驗室吧!

裝備小組考慮到這個問題,貼心地設計了隨身版「凝膠小助手」。小助手其實就是一個帶著溫控隔層的注射器,隔層里裝著硝酸銨,利用硝酸銨溶於水吸熱的原理調控溫度。平時在注射器里裝滿凝膠備用(無需冷藏),需要使用的時候從入口處加水,隔層內化學反應使得凝膠在60秒內降溫至0℃變成液體,維持10℃以下十分鐘,在這十分鐘內由急救人員將液體凝膠注入受傷的眼球內。

隨身版「凝膠小助手」示意圖及實際使用示範。同ALPHA GEL隨身裝類似,本品採用注射器樣式,可以持續加樣,智能溫控,經動物及人體試驗驗證有效。圖片來源:文獻<2>|翻譯:腦洞謝

有了「凝膠小助手」之後,研究人員先在豬的眼球上做了體外實驗——切開亡豬的眼球後從切口將凝膠注入眼後房,退針時持續注膠使得整個傷口都充滿凝膠。優化的凝膠在任何濃度下都可以有效地控制眼壓。

為了進一步證明凝膠在活體上的眼壓維持效果,研究人員用兔子建立了開放性眼傷模型——在兔兔受傷後將修眼凝膠注入傷口內,觀察眼內壓的變化。兔兔受傷的右眼和正常的左眼形成了絕佳的配對,通過監測同一隻兔兔右眼:左眼的眼壓比可以明確凝膠治療開放性眼傷的效果。治療組兔兔的眼壓可以維持在正常眼壓低限的90%,避免了在有開放性眼傷時,眼壓劇烈變化、眼內容物脫出的危險。

經過2天、一周、一個月的持續觀測,研究人員發現,凝膠的這個效果可以持續30天,且沒有明顯的毒副作用。Bayat興奮之餘,趕緊聯繫了部隊的眼科醫生們,把此神器分享給大家。

至文章發表之時,已經有53名醫生經過培訓後使用了這一裝備,其中59%覺得這是一個緊急處理開放性眼外傷的好主意,三分之二的人覺得「凝膠小助手」很好用,94%的用戶都覺得,這將是一個作戰必備的神器。

當然,但願沒有很多人真的需要用到它。(編輯:明天)

參考文獻:

Schmidt GW, Broman AT, Hindman HB and Grant MP. (2008). Vision survival after open globe injury predicted by classification and regression tree analysis. Ophthalmology

Niki Bayat, Yi Zhang, Paulo Falabella, Roby Menefee, John J. Whalen III, Mark S. Human and Mark E. Thompson. (2017). A reversible thermoresponsive sealant for temporary closure of ocular

trauma. Science Translational Medicine.

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果殼整天都在科普些啥啊!

嚇得我二維碼都屈光不正了!

放心,你沒瞎。

為啥這樣的二維碼也能掃?

掃碼發送二維碼告訴你原理~


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