关节置换术是最常见的选择性手术之一 - 但每100名患者中就有一人患有术后感染，将常规手术变成昂贵且危险的折磨。现在，史蒂文斯理工学院的研究人员为这些植入物开发了一种“自我防御表面”，当细菌接近时会释放出有针对性的微量抗生素，可能会大大降低感染率。

由史蒂文斯材料科学教授Matthew Libera领导的这项工作描述了一种用微凝胶晶格涂覆种植体表面的方法：斑点，每个斑点比人类头发的直径小100倍，能够吸收某些抗生素。微凝胶的行为受电荷调节，接近微生物的电活动导致它们泄漏抗生素，防止感染生根。

Microgels可应用于各种医疗设备，包括心脏瓣膜，组织支架，甚至手术缝合线 - 并且预计到2024年髋关节植入物的市场预计将达到91亿美元，该技术具有巨大的商业潜力。为该研究提供资金的美国陆军也有兴趣在野战医院部署这项技术，目前在四分之一的战斗伤中感染。

“对患者和医疗保健系统的潜在影响是巨大的，”史蒂文斯细菌物质相互作用会议主席Libera说。史蒂文斯博士候选人Jing Liang和生物医学工程教授Hongjun Wang合作进行了这项研究，该研究发表在Biomaterials杂志上。

手术后感染很难被击败，因为当微生物定植于表面时，它们形成抗生素抗性层，称为生物膜。Libera和他的团队通过杀死微生物来破坏这个循环，然后才能获得立足点。“只需要一种细菌就可以引起感染，”Libera说。“但如果我们可以预防感染直到愈合完成，那么身体可以接管。”

与传统的治疗方法不同，全身用抗生素治疗，史蒂文斯团队的方法是高度针对性的，释放少量抗生素以杀死个体细菌。这大大降低了产生抗生素抗性“超级细菌”的选择压力 - 这是对全身治疗和局部治疗方法的重大改进，例如将抗生素混入骨水泥中，将少量抗生素释放到患者体内。

目前正在开发的其他自卫表面依靠微生物的代谢副产物来触发抗生素的释放 - 这种方法比Libera的方法更不可靠，这种方法甚至可以杀死休眠的细菌。该团队的微凝胶也非常有弹性，能够存活乙醇，并且可以保持稳定数周。Microgels还对人体组织做出适当的反应，保留其抗生素负荷直至需要，并促进治疗表面周围健康的骨骼生长。

为了将微凝胶应用于诸如膝关节的医疗装置，外科医生可以将装置在特制的浴中浸泡几秒钟;然后在第二浴中短暂浸泡，然后用抗生素给微凝胶充电。从理论上讲，外科医生可以在植入之前立即按需制备设备，使用针对患者特定风险因素的抗生素。

到目前为止，该方法已在体外进行了测试，该团队仍在努力微调微凝胶并使其能够提供更广泛的抗生素。鉴于该技术的创新性，获得美国食品药品管理局的批准将是棘手的，但Libera的团队正在与行业合作伙伴一起计划进一步的示范。