MONITORAGGIO WIRELESS DEL FLUSSO SANGUIGNO ABILITATO DAL BIOSENSORE A GETTO DI AEROSOL IMPIANTABILE DI GEORGIA TECH
I ricercatori del Georgia Institute of Technology e della Hanyang University , in Corea, hanno sviluppato il primo biosensore a getto di aerosol (AJP) per il monitoraggio wireless del flusso sanguigno.
In uno studio pubblicato su Advanced Science , il team ha utilizzato una nuova tecnica AJP per stampare in 3D un sistema elettronico impiantabile ed estensibile. Ciò mantiene un design privo di circuiti e di basso profilo con distanze di lettura ottimizzate, in grado di monitorare il flusso sanguigno nel cervello per i trattamenti di aneurisma.
La tecnologia indossabile si riferisce a dispositivi elettronici intelligenti che possono essere indossati o impiantati nel corpo. La stampa 3D ha abilitato nuovi dispositivi indossabili come seconda pelle elettronica e tessuti intelligenti . Inoltre, sono stati sviluppati in combinazione con materiali morbidi, dispositivi estensibili e flessibili come i biosensori .
La funzionalità di questi sensori dipende in larga misura dalle loro capacità di monitoraggio wireless che sono abilitate da circuiti rigidi. Tuttavia, secondo i ricercatori, i circuiti rigidi portano all’incompatibilità con i tessuti molli o i vasi sanguigni.
“L’elettronica rigida basata su metalli e materie plastiche ha un enorme rischio di trombosi e interruzione del flusso in un vaso sanguigno altamente sagomato per il monitoraggio dell’emodinamica [ dinamica del flusso sanguigno]”, afferma lo studio.
Realizzazione di sensori impiantabili con stampa a getto di aerosol
Per ovviare alle carenze delle tecniche di fabbricazione convenzionali, è stato introdotto AJP per produrre sensori impiantabili wireless. Questa tecnologia consente una fabbricazione più rapida e affidabile e una produzione scalabile tramite stampa diretta, progettazione digitale e controllo ottimizzato.
In questo studio, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo approccio AJP per lo sviluppo di elettronica senza fili estensibile. Il loro biosensore utilizza la poliimmide come strato dielettrico e come strato di supporto inferiore per un’integrazione diretta con un elastomero morbido. Il processo inizia con la stampa 3D ad alta precisione di quattro strati allineati, con inchiostro composto da nanoparticelle d’argento biocompatibili e poliimmide mista (PI).
Una piccola quantità di elastomero morbido collega quindi il sensore a uno stent medico. Questo processo di integrazione senza soluzione di continuità consente al sensore di conformarsi allo stent con elevata flessibilità ed estensibilità. Il dispositivo a basso profilo risultante può essere distribuito attraverso procedure catetere convenzionali.
Per l’interrogazione wireless per l’impianto, i ricercatori hanno utilizzato un metodo di accoppiamento induttivo che offre un design privo di circuiti. Questo metodo di lettura applica i principi di accoppiamento induttivo tra una bobina del sensore in un sistema deviatore di flusso e due bobine esterne per registrare segnali transitori.
Dopo il completamento e l’ottimizzazione del sistema di sensori, sono stati condotti esperimenti in vivo. Sono state studiate le prestazioni di bobine di sensori ottimali nel rilevamento wireless delle frequenze di risonanza attraverso aria, soluzione salina e carne. La massima distanza di lettura attraverso la carne è di 6 cm, raggiungendo l’intervallo per il monitoraggio emodinamico nel cervello. Le capacità di monitoraggio della portata del sensore sono state quindi testate in modelli neurovascolari umani altamente sagomati e ristretti. Lo studio aggiunge:
“COLLETTIVAMENTE, QUESTO LAVORO MOSTRA IL POTENZIALE DEL BIOSISTEMA STAMPATO DI OFFRIRE UN THROUGHPUT ELEVATO, PRODUZIONE ADDITIVA DI ELETTRONICA ESTENSIBILE CON PROGRESSI VERSO IL MONITORAGGIO WIRELESS IN TEMPO REALE SENZA BATTERIA”,
L’attuale limitazione di questo studio è l’integrazione di una bobina impiantabile con il sistema di stent e sensori per ottenere un pacchetto impiantabile completo. Ora, il team sta sviluppando metodi per l’integrazione di una bobina induttiva impiantabile con lo stent e il sensore di flusso esistenti.
I lavori futuri comporteranno test di emocompatibilità e biocompatibilità del sistema di sensori. Verranno ulteriormente studiati gli effetti delle proprietà del sangue sul sensore e sulla bobina impiantabile, come un corto circuito capacitivo tra i giri della bobina.
” Biosistema impiantabile completamente stampato, senza fili, estensibile verso il monitoraggio senza batteria e in tempo reale dell’emodinamica dell’aneurisma cerebrale ” è co-autore di Robert Herbert, Saswat Mishra, Hyo-Ryoung Lim, Hyoungsuk Yoo, Woon ‐ Hong Yeo.
Panoramica schematica del sistema di monitoraggio dell’emodinamica wireless senza batteria con un sensore di flusso impiantabile e due bobine di antenna esterne. Immagine tramite Advanced Science.
Panoramica schematica del sistema di monitoraggio dell’emodinamica wireless senza batteria con un sensore di flusso impiantabile e due bobine di antenna esterne. Immagine tramite Georgia Institute of Technology / Advanced Science.
AC) Illustrazione e immagine della deposizione di AJP di PI usando un atomizzatore pneumatico impiantato in un modello di aneurisma. D) Immagine SEM in sezione trasversale che mostra la struttura del sensore multistrato. E) Immagini SEM di AgNP stampate (a sinistra) e dopo un processo di sinterizzazione, che mostrano i cluster (a destra). F) Caratterizzazione del diffrattometro a raggi X di un AgNP sinterizzato su vetrino. Immagine tramite Georgia Institute of Technology / Advanced Science.
Monitoraggio wireless dell’emodinamica