Strækbar trådløs sensor kan overvåge heling af cerebrale aneurismer

En trådløs sensor, der er lille nok til at blive implanteret i blodkarrene i den menneskelige hjerne, kan hjælpe klinikere med at evaluere helingen af ​​aneurismer - buler, der kan forårsage død eller alvorlig skade, hvis de brister. Den strækbare sensor, der fungerer uden batterier, ville blive viklet rundt om stenter eller omledere, der er implanteret for at kontrollere blodgennemstrømningen i kar påvirket af aneurismerne.

For at reducere omkostningerne og fremskynde produktionen, fremstilling af de strækbare sensorer bruger aerosol jet 3-D print til at skabe ledende sølvspor på elastomere substrater. 3-D additiv fremstillingsteknikken tillader produktion af meget små elektroniske funktioner i et enkelt trin, uden at bruge traditionelle flertrins litografiprocesser i et renrum. Enheden menes at være den første demonstration af aerosol jet 3-D udskrivning til at producere en implanterbar, strækbart følesystem til trådløs overvågning.

"Det skønne ved vores sensor er, at den problemfrit kan integreres på eksisterende medicinske stenter eller flowdiverters, som klinikere allerede bruger til at behandle aneurismer, " sagde Woon-Hong Yeo, en assisterende professor i Georgia Techs George W. Woodruff School of Mechanical Engineering og Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering ved Georgia Tech and Emory University. "Vi kunne bruge det til at måle en indgående blodgennemstrømning til aneurismesækken for at bestemme, hvor godt aneurismet heler, og for at advare læger, hvis blodgennemstrømningen ændrer sig."

Indsat ved hjælp af et katetersystem, sensoren ville bruge induktiv kobling af signaler til at muliggøre trådløs detektion af biomimetisk cerebral aneurisme hæmodynamik. Forskningen blev rapporteret den 7. august i tidsskriftet Avanceret Videnskab .

Overvågning af udviklingen af ​​cerebrale aneurismer kræver nu gentagen angiogram-billeddannelse ved hjælp af kontrastmaterialer, der kan have skadelige bivirkninger. På grund af omkostningerne og potentielle negative virkninger, brugen af ​​billeddannelsesteknikken skal begrænses. Imidlertid, en sensor placeret i et blodkar kunne tillade hyppigere evalueringer uden brug af billeddannende farvestoffer.

"For patienter, der har fået foretaget en procedure, vi ville være i stand til at se, om aneurismet okkluderer, som det skal, uden at bruge billedværktøjer, "Sagde Yeo." Vi vil være i stand til nøjagtigt at måle blodgennemstrømningen for at registrere ændringer helt ned til 0,05 meter i sekundet. "

Seks-lags sensoren er fremstillet af biokompatibelt polyimid, to separate lag af et netmønster fremstillet af sølv nanopartikler, et dielektrisk og blødt polymerindkapslende materiale. Sensoren vil blive viklet rundt om stenten eller flowdiverteren, som skal være mindre end to eller tre millimeter i diameter for at passe ind i blodkarrene.

Sensoren inkluderer en spole til at opfange elektromagnetisk energi transmitteret fra en anden spole placeret uden for kroppen. Blod, der strømmer gennem den implanterede sensor, ændrer dens kapacitans, som ændrer de signaler, der passerer gennem sensoren på vej til en tredje spole placeret uden for kroppen. I laboratoriet, Yeo og hans samarbejdspartnere har målt kapacitansændringer seks centimeter væk fra en sensor implanteret i kød for at simulere hjernevæv.

"Flowhastigheden er rigtig godt korreleret med kapacitansændringen, som vi kan måle, " sagde Yeo. "Vi har gjort sensoren meget tynd og deformerbar, så den kan reagere på små ændringer i blodgennemstrømningen."

Brug af aerosol jet 3-D printteknikken var afgørende for at producere den strækbare og fleksible elektronik, der er nødvendig for sensoren. Teknikken bruger en spray af aerosolpartikler til at skabe mønstre, tillader smallere funktionsstørrelser end konventionel inkjet-udskrivning.

"Vi kan kontrollere udskrivningshastigheden, udskriftsbredden, og mængden af ​​materiale, der sprøjtes, " sagde Yeo. "Parametrene kan optimeres for hvert materiale, og vi kan bruge materialer, der har et bredt udvalg af viskositeter."

Fordi sensoren kan fremstilles i et enkelt trin uden dyre renrumsfaciliteter, det kunne fremstilles i større volumen til lavere omkostninger.

Den næste fase af aneurismesensoren vil være i stand til at måle blodtrykket i karret sammen med strømningshastighederne. "Vi vil være i stand til at måle, hvordan tryk bidrager til flowændringer, "Forklarede Yeo." Det ville gøre det muligt for enheden at blive brugt til andre applikationer, såsom intrakranielle trykmålinger."

Yeo's research team has also developed a flexible and wearable health monitor able to provide ECG and other information. He says the success of the monitoring technique demonstrates the potential for smart and connected wireless soft electronics based on nanomaterials, stretchable mechanics, and machine learning algorithms.

"We are excited that people are now recognizing the potential of this technology, " Yeo added. "There are a lot of opportunities to integrate this sensing mechanism into ultrathin membranes that are implantable within the body."