Bioinspired microstructured adhesives for medical applications

Abstract

Adhesives for interaction with human skin and tissues are needed for multiple applications, from wearable electronics to medical devices for diagnostics and therapy. Bioinspired fibrillar structures, initially developed for robotics, were upgraded for adhesion to biological surfaces to solve problems in medicine. Using a fibrillar array topped by a soft skin adhesive (SSA) layer, the film-terminated design exhibits effective adhesion to skin-like rough surfaces compared to unstructured samples. The glue-free, reliable adhesion to skin opens a large spectrum of possibilities for applications in biomedicine. Moreover, we investigated the adhesion of the microstructure to explanted mouse eardrums for application as wound dressing for eardrum perforations. The subsurface microstructure was also found to dampen any impact, protecting the sensitive membrane during application. Animal tests showed promising results to replace current surgical approaches with a less invasive and more effective treatment with microstructured adhesives.

Adhäsive für die Interaktion mit menschlicher Haut und menschlichem Gewebe werden für zahlreiche Anwendungen, von Wearables bis zu medizinischen Geräten für Diagnostik und Therapie, benötigt. Bioinspirierte fibrilläre Mikrostrukturen, die ursprünglich für die Robotik entwickelt wurden, wurden hier für die Haftung an biologischen Oberflächen weiterentwickelt, um innovative Anwendungen in der Medizin zu bieten. Unter Verwendung eines fibrillären Arrays, das mit einer Schicht aus einem weichem Polymer (SSA) bedeckt ist, zeigt das filmterminierte Design, im Vergleich zu unstrukturierten Proben, eine effektive Haftung auf hautähnlichen rauen Oberflächen. Die klebstofffreie, zuverlässige Haftung auf der Haut eröffnet ein breites Spektrum an Verwendungsmöglichkeiten in der Biomedizin. Darüber hinaus untersuchten wir die Haftung der Mikrostruktur an explantierten Maus-Trommelfellen zur Anwendung als Verschlussmaterial bei Trommelfellperforationen. Es wurde auch festgestellt, dass die Mikrostruktur unter der Deckschicht zusätzlichen Druck dämpft und die empfindliche Membran während der Applikation schützt. Tierversuche zeigten vielversprechende Ergebnisse zum Ersatz aktueller chirurgischer Eingriffe durch eine weniger invasive und effektivere Behandlung mit mikrostrukturierten Pflastern.