Имплантируемый датчик может измерять функции организма, а затем безопасно биоразлагаться

Датчики, отслеживающие состояние пациента во время и после медицинских процедур, могут быть дорогими, неудобными и даже опасными. Теперь международная группа исследователей разработала высокочувствительный гибкий датчик газа, который можно имплантировать в тело, а после того, как в нем отпадет необходимость, безопасно биоразлагать в материалы, которые поглощаются организмом.

В ходе исследования исследователи штата Пенсильвания сообщили, что они разработали гибкий и имплантируемый датчик, который может контролировать различные формы газообразного оксида азота (NO) и диоксида азота (NO2) в организме. Мониторинг этих типов газов важен, поскольку они могут играть как полезную, так и иногда вредную роль для здоровья человека.

Например, оксид азота, который естественным образом вырабатывается в организме человека, играет важную роль для здоровья, поскольку он расслабляет или расширяет кровеносные сосуды, усиливая кровоток, позволяя кислороду и питательным веществам циркулировать по телу. С другой стороны, воздействие диоксида азота из окружающей среды связано с прогрессированием таких состояний, как хроническая обструктивная болезнь легких. Оксид азота обладает высокой реакционной способностью и может превращаться в диоксид азота при контакте с кислородом.

Команда добавила изюминку в дизайн своего датчика, сделав его из материалов, которые являются не только имплантируемыми, гибкими и растяжимыми, но и биоразлагаемыми. В то время как современные устройства используются вне тела для контроля уровня газа, Ченг сказал, что они громоздки и потенциально не так точны, как имплантируемые устройства. Однако имплантируемые устройства необходимо удалить, что может означать повторную операцию. Исследователи исследовали дизайн, который не нужно удалять.

«Допустим, вам предстоит операция на сердце; монитора снаружи тела может быть недостаточно для обнаружения газа», — сказал профессор Хуанью «Ларри» Ченг. «Возможно, гораздо полезнее контролировать уровень газа на поверхности сердца или во внутренних органах. Этот датчик газа является имплантируемым и биоразлагаемым, что является еще одним направлением исследований, над которым мы работаем. Если пациент полностью выздоравливает после хирургической операции, устройство ему больше не нужно, что делает полезными биоразлагаемые устройства».

По словам исследователей, все компоненты биоразлагаемы в воде или биологических жидкостях, но остаются достаточно функциональными, чтобы получать информацию об уровне газа. В данном случае электрические проводники устройства исследователи сделали из магния, а в качестве функциональных материалов использовали кремний, который также очень чувствителен к оксиду азота. Кремний уникален — он является строительным материалом для современной электроники, считается сверхстабильным и биоразлагаемым. Он может растворяться очень медленно, примерно от одного до двух нанометров в день, в зависимости от окружающей среды. Тело может не только безопасно поглощать все материалы, используемые в устройстве, но и растворять их достаточно медленно, чтобы датчики могли функционировать в организме в течение периода восстановления пациента.

Датчик был протестирован во влажных условиях и водных растворах, чтобы показать, что он может стабильно работать в суровых условиях тела. Команда использовала вычислительные ресурсы суперкомпьютера ICDS Roar для создания компьютерных симуляций, которые могут рассчитывать чрезвычайно малые изменения, вызванные незначительными изменениями формы или деформации материала. Они основывали свои измерения на сопротивлении, которое может меняться в зависимости от поглощения газа.

Исследователи говорят, что будущая работа может быть направлена ​​​​на разработку интегрированных систем, которые могли бы контролировать другие функции организма для здорового старения и различных приложений для лечения заболеваний.