Active Lubrication of Transluminal Medical Instruments

कल्पना कीजिए कि आप एक लंबी, लचीली स्ट्रॉ (नली) को एक बहुत ही तंग, घुमावदार नली के माध्यम से खिसकाने की कोशिश कर रहे हैं जो नरम और स्पंजी सामग्री से बनी है। यदि स्ट्रॉ बहुत अधिक चिपचिपी है, तो वह फंस जाती है, या इससे भी बुरा यह कि वह मुड़ जाती है और एक रबर बैंड की तरह वापस उछलती है, जिससे ट्यूब में छेद होने की संभावना बढ़ जाती है। यह बिल्कुल वैसा ही है जो हमारे शरीर के अंदर होता है जब डॉक्टर कम सेกันतम दखल देने वाली (minimally invasive) सर्जरी करते हैं, जैसे हृदय की समस्या को ठीक करने के लिए रक्त वाहिकाओं के माध्यम से कैथेटर डालना। उपकरणों को सही जगह तक पहुँचने के लिए आसानी से फिसलना चाहिए, लेकिन एक बार पहुँचने के बाद, उन्हें काटने या सिलने जैसे नाजुक कार्यों को करने के लिए ऊतकों (tissue) को मजबूती से पकड़ने की आवश्यकता होती है। यह एक कठिन संतुलन है: बहुत अधिक घर्षण (friction) मरीज को नुकसान पहुँचाता है और उपकरण को नियंत्रित करना कठिन बना देता है; बहुत कम घर्षण उपकरण को डगमगा और बेकार बना देता है। वर्षों से, डॉक्टर चिकनी कोटिंग या तरल जेलों पर भरोसा करते रहे हैं, लेकिन ये गीले पेंट की तरह हैं—ये जल्दी खत्म हो जाते हैं और जरूरत पड़ने पर इन्हें चालू या बंद नहीं किया जा सकता।

यह शोध पत्र इस चिपचिपाहट की समस्या को हल करने के लिए एक चतुर नए विचार का परिचय देता है: चिकित्सा उपकरणों के लिए एक "सक्रिय स्नेहन" (active lubrication) सूट। केवल हमेशा चिकना रहने के बजाय, उपकरण तुरंत अत्यधिक पकड़ वाले (grippy) और अत्यधिक चिकने (smooth) अवस्था के बीच स्विच कर सकता है। इसका गुप्त हथियार ध्वनि है—विशेष रूप से, उच्च-आवृत्ति वाली कंपन (vibrations) जिन्हें मनुष्य नहीं सुन सकते। इसे उस ट्रिक की तरह समझें जिसका उपयोग एक जादूगर भारी वस्तु को हवा के कुशन पर तैराने के लिए करता है, लेकिन यहाँ हवा के बजाय, यह उपकरण कंपन का उपयोग करके तरल पदार्थ की एक सूक्ष्म परत (microscopic cushion) बनाता है। इन कंपनों को चालू करके, उपकरण तरल की एक पतली फिल्म पर तैरता है और सहजता से फिसलता है। इन कंपनों को बंद करके, यह दीवार को मजबूती से पकड़ लेता है। शोधकर्ताओं ने इस कंपन करने वाले उपकरण का एक प्रोटोटाइप बनाया और परीक्षण किया कि क्या यह वास्तव में नाजुक ऊतकों को जलाए बिना या नुकसान पहुँचाए बिना घर्षण को कम कर सकता है।

"तैरते" उपकरण का जादू

TU Delft और University of Sheffield के शोधकर्ताओं के नेतृत्व में टीम ने एक विशेष आवरण (protective sleeve) बनाया जिसे एक मानक मेडिकल कैथेटर के ऊपर चढ़ाया जा सकता है। इस आवरण के साथ, उन्होंने छोटे, अलग "घर्षण नियंत्रण मॉड्यूल" (friction control modules) रखे। ये मॉड्यूल छोटे, हाई-टेक स्पीकर की तरह हैं जो 22.9 kHz की अल्ट्रासोनिक आवृत्ति पर कंपन करते हैं। जब आप इन्हें चालू करते हैं, तो वे उपकरण की सतह को इतनी तेजी से हिलाते हैं कि वे उपकरण और शरीर की दीवार के बीच तरल (जैसे रक्त या सेलाइन) को फँसा लेते हैं। यह फँसा हुआ तरल बार-बार दबता और मुक्त होता है, जिससे एक दबावयुक्त कुशन बनता है जो उपकरण को दीवार से थोड़ा ऊपर उठा देता है। यह बिल्कुल वैसा ही है जैसे एक होवरक्राफ्ट हवा के कुशन पर तैरता है, लेकिन यहाँ, उपकरण तरल के कुशन पर तैर रहा है।

इसका परिणाम नाटकीय है। जब कंपन बंद होते हैं, तो उपकरण का सामान्य घर्षण होता है, जिससे यह खुद को स्थिर कर पाता है। जब कंपन चालू होते हैं, तो उपकरण "घर्षणहीन" अवस्था में चला जाता है। अपने परीक्षणों में, इस स्विच ने कठोर सतहों पर घर्षण को 82% तक और वास्तविक, हाइड्रेटेड सूअर की महाधमनी (pig aorta) ऊतक पर 42% तक कम करने में मदद की। इसका मतलब है कि डॉक्टर बिना किसी प्रतिरोध के तंग, घुमावदार धमनियों के माध्यम से उपकरण को आसानी से स्लाइड कर सकता है, जिससे रक्त वाहिका फटने या दर्द होने का खतरा कम हो जाता है।

यह क्यों महत्वपूर्ण है: "झटके" को रोकना

एक लंबे, लचीले उपकरण को शरीर के संकीर्ण मार्ग के माध्यम से डालने में सबसे बड़े खतरों में से एक "बकलिंग" (buckling) है। कल्पना कीजिए कि आप एक संकीर्ण ट्यूब में स्पैगेटी का एक लंबा, पतला टुकड़ा धकेल रहे हैं। यदि सिरा किसी उभार से टकराता है या फंस जाता है, तो आपके द्वारा लगाया गया बल सिरे को आगे नहीं बढ़ाता; इसके बजाय, स्पैगेटी मुड़ जाता है और एक स्प्रिंग की तरह ऊर्जा जमा कर लेता है। यदि वह स्प्रिंग अचानक मुक्त होता है, तो सिरा हिंसक रूप से आगे बढ़ सकता है, जिससे वाहिका में विनाशकारी दरार आ सकती है।

शोधकर्ताओं ने इसे शरीर के मार्ग के एक 3D-प्रिंटेड मॉडल के साथ प्रदर्शित किया। सक्रिय स्नेहन के बिना, कैथेटर फंस गया और आगे की ओर झटके से उछला। लेकिन जब उन्होंने टिप (सिरे) पर अल्ट्रासोनिक कंपन चालू किए, तो कैथेटर बिना कभी मुड़े या झटके के बिना सुचारू रूप से घुमाव के माध्यम से निकल गया। उपकरण स्थिर रहा, और डॉक्टर इसे सुरक्षित रूप से आगे बढ़ा सका। यह सुझाव देता है कि यह तकनीक जटिल प्रक्रियाओं को बहुत सुरक्षित और नियंत्रित करने में आसान बना सकती है।

सुरक्षा सर्वोपरि: क्या यह बहुत गर्म है?

शरीर के अंदर कंपन का उपयोग करने के साथ एक प्रमुख चिंता गर्मी की है। यदि आप अपने हाथों को तेजी से रगड़ते हैं, तो वे गर्म हो जाते हैं; यदि आप ऊतक के विरुद्ध एक उपकरण को कंपन करते हैं, तो यह इतना गर्म हो सकता है कि जलन पैदा कर दे। शोधकर्ता इसके लिए बहुत सावधान थे। उन्होंने ऊतक के विरुद्ध कंपन करते समय उपकरण के तापमान की निगरानी करने के लिए एक थर्मल कैमरा का उपयोग किया। उन्होंने पाया कि तापमान औसतन 6.2°C बढ़ गया, जिसमें सबसे सामान्य वृद्धि 7°C थी। हालांकि यह बहुत अधिक लग सकता है, शोधकर्ता बताते हैं कि मानव शरीर के भीतर, रक्त प्रवाह एक कूलिंग सिस्टम की तरह काम करेगा, जो इस गर्मी को दूर ले जाएगा। उनका अनुमान है कि इस वृद्धि के साथ भी, तापमान मानव ऊतक के लिए सुरक्षित सीमाओं के भीतर रहेगा, जो यह दर्शाता है कि यह विधि ऊष्मीय रूप से सुरक्षित है।

आगे क्या?

यह शोध पत्र स्पष्ट है कि इसने क्या हासिल किया है और अभी किस पर काम करने की आवश्यकता है। उन्होंने साबित किया कि अवधारणा कठोर मॉडल और सूअर की महाधमनी ऊतक पर काम करती है, जिससे पता चलता है कि यह घर्षण को कम कर सकती है और बकलिंग को रोक सकती है। हालाँकि, वे यह भी बताते हैं कि उनके परीक्षण एक नियंत्रित लैब सेटिंग में किए गए थे, न कि जीवित जानवर के अंदर। प्रोटोटाइप अभी तक वाटरप्रूफ नहीं है, जिसका अर्थ है कि इसे लंबे समय तक तरल में पूरी तरह से डूबाया नहीं जा सकता है, और उन्होंने शरीर के हर प्रकार के ऊतकों, जैसे कि आंतों, पर इसका परीक्षण नहीं किया है।

लेखकों का सुझाव है कि हालांकि परिणाम आशाजनक हैं, फिर भी अधिक शोध की आवश्यकता है। वे मॉड्यूल को वाटरप्रूफ बनाने, विभिन्न प्रकार के ऊतकों पर परीक्षण करने और यह अध्ययन करने की योजना बना रहे हैं कि क्या इन कंपनों के लंबे समय तक संपर्क में रहने से कोशिकाओं को कोई छिपा हुआ नुकसान होता है। फिलहाल, यह शोध पत्र एक ऐसे भविष्य की एक रोमांचक झलक पेश करता है जहाँ चिकित्सा उपकरण आदेशानुसार अपनी "पकड़" बदल सकते हैं, जिससे शरीर के माध्यम से एक कठिन, जोखिम भरी यात्रा एक सुचारू, सुरक्षित सवारी में बदल जाती है।