Biosistemi wireless stampati in 3D per il monitoraggio degli aneurismi cerebrali in tempo reale

Continuando a promuovere i progressi tra la stampa 3D e l’elettronica nel campo medico, gli autori Robert Herbert, Saswat Mishra, Hyo-Ryoung Lim, Hyoungsuk Yoo e Woon-Hong Yeo esplorano un nuovo metodo per creare elettronica wireless estensibile per monitorare il flusso sanguigno verso monitorare e quindi prevenire gli aneurismi cerebrali.

Dettagli del loro studio sono delineate nella recente pubblicazione ‘ completamente stampata, senza fili, Stretchable impiantabile Biosystem verso senza batteria, monitoraggio in tempo reale di Cerebral Aneurysm Emodinamica ,’ spiega come il loro romanzo, sistema di fabbricazione ottimizzato consente la stampa a più strati di un sensore di flusso di capacità che può essere dispiegato da un catetere e quindi inserito in un vaso sanguigno.

Gli scienziati sottolineano che le tecniche di microfabbricazione hanno permesso di compiere passi da gigante nella creazione di elettronica miniaturizzata, insieme a:

Materiali morbidi
Dispositivi estensibili
biosensori
Fattori di forma bassi

Gli impianti elettronici, tuttavia, molti sono ancora inferiori in termini di distanze di interrogazione. Gli autori prevedono che i futuri dispositivi saranno estensibili e wireless, senza i componenti rigidi che vediamo ancora oggi.

“Questi componenti rigidi sono incompatibili con l’impianto nei tessuti molli o nei vasi sanguigni a causa di disallineamenti meccanici e imballaggi voluminosi”, affermano i ricercatori.

Il monitoraggio wireless dipenderà da ulteriori progressi con l’integrazione di componenti altamente conduttivi. Per la prevenzione degli aneurismi cerebrali, l’inserimento di impianti è stato storicamente difficile a causa delle arterie strette; tuttavia, il monitoraggio è fondamentale a causa del potenziale di incidenti mortali alla rottura degli aneurismi.

La stampa a getto di aerosol è stata utilizzata per risolvere le sfide tradizionali, sfruttando i vantaggi della stampa 3D: dalla produzione veloce e manifatturiera scalabile, alla facilità di progettazione e un migliore controllo; tuttavia, prima di questo studio, AJP non è stato utilizzato nella creazione di tale elettronica. I ricercatori affermano che in questo studio offrono la primissima dimostrazione di un sistema capacitivo altamente estensibile abilitato per AJP:

“La struttura a profilo estremamente basso ed estensibile consente al dispositivo di essere integrato in modo conforme su uno stent medico e distribuito tramite procedure catetere convenzionali”, hanno affermato gli autori. “L’utilizzo di un nuovo metodo di accoppiamento induttivo per monitorare l’emodinamica consente un rilevamento senza batteria e senza fili dei sensori stampati a distanze che superano i dispositivi esistenti.”

Durante la loro ricerca, gli autori hanno completato una serie di calcoli computazionali per ottimizzare i parametri, mentre studi in vitro hanno offerto dati relativi alle prestazioni delle bobine del sensore nel rilevamento wireless. Il team ha utilizzato una pompa del sangue pulsatile per testare il flusso sanguigno, con i sensori e i dispositivi di stent allineati in apertura per consentire punti di entrata e uscita attraverso un aneurisma. Alla fine, i risultati hanno mostrato “fattibilità” per la creazione di “elettronica estensibile ad alte prestazioni” tramite AJP.

“Nel complesso, questo risultato concorda perfettamente con il lavoro precedente che ha correlato la deflessione del sensore alla variazione di capacità con un modello di fluido computazionale. Il fattore di forma ultrasottile a basso profilo del sensore evita l’interruzione della normale emodinamica “, hanno affermato i ricercatori.

“Per il monitoraggio wireless, una bobina di rame è collegata esternamente al sensore capacitivo. La velocità media del flusso nel vaso sanguigno di 5 mm di diametro varia da 0 a 0,35 ms −1 a intervalli di 0,05 ms −1 . La capacità iniziale del sensore è di 61,53 pF e aumenta a 61,63 pF alla massima velocità di flusso. Questo aumento della capacità è il risultato del flusso che entra nella sacca dell’aneurisma e flette il sensore. “

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