Имплантат, вдохновленный оригами, может следить за здоровьем из-под кожи

Фото из открытых источников

Кожа - самый большой орган организма. Это защитный щит, который защищает от вредных патогенов и жизненно важных жидкостей внутри. Именно эти свойства делают разработку носимых датчиков здоровья сложной инженерной задачей, поскольку многие внутренние химические сигналы не могут легко проходить через них.

Имплантаты, такие как мониторы непрерывной глюкозы или кохлеарные имплантаты, обходят это стороной, но они часто громоздки, работают от батарей или требуют инвазивной хирургии. Меньшие беспроводные устройства без батарей также имеют недостатки, в том числе более слабые линии электропередачи и снижение производительности датчиков, поскольку они имеют ограниченную площадь поверхности.

MiFi (минимально инвазивный складной биоэлектронный имплантат), разработанный исследователями из Имперского колледжа Лондона и Университета Южной Калифорнии, предназначен для преодоления этих ограничений. Это крошечный имплантат, вдохновленный оригами, который достаточно мал, чтобы его можно было вставить без серьезной операции, но достаточно велик, чтобы нести беспроводные компоненты питания и несколько датчиков. Подробности устройства и его разработки опубликованы на страницах журнала Advanced Materials.

Складной дизайн

Изготовленный из гибких полиимидных материалов, MiFi имеет дизайн в стиле аккордеона, который можно складывать в гораздо меньшую форму для вставки. После имплантации он автономно разворачивается обратно в плоскую форму.

"Идеальное IBSD [имплантируемое биоэлектронное сенсорное устройство], следовательно, должно иметь временную геометрию: имплантат должен быть как можно меньше во время имплантации, чтобы уменьшить инвазивность, и большим, когда это необходимо после имплантации", - пишут исследователи.

Развернувшись, он открывается в квадрат размером 2,1 на 2,1 сантиметра и имеет толщину всего 0,3 миллиметра. Вместо громоздких батарей он полагается на связь в ближнем поле (NFC) для сбора энергии и передачи данных ближайшему считывателю. Испытания с использованием модели из свиной шкуры показали, что система может передавать данные на протяжении более 20 миллиметров.

Чтобы продемонстрировать технологию в живых тканях, исследователи имплантировали MiFi под кожу анестезированных крыс, а также проводили эксперименты с использованием образцов тканей.

Наблюдение за происходящим внутри организма

Команда разработала версии устройства, которые могут измерять частоту сердечных сокращений и дыхания, а также температуру, кислотность тканей и уровень лития. Литиевый датчик может отслеживать ионы лития в жидкости, окружающей клетки, показывая, как MiFi потенциально может контролировать такие лекарства, как литий, который имеет узкий безопасный диапазон и может стать токсичным на более высоких уровнях.

Это в итоге может позволить врачам проверить важные изменения внутри организма не полагаясь на повторные анализы крови. Между тем, он может отправлять данные по беспроводной сети через близлежащие ткани, используя ту же технологию ближнего действия, что и при бесконтактных платежах.

Хотя эти тесты на животных и образцах тканей показывают, что технология может работать внутри и вокруг живых тканей, еще предстоит проделать дополнительную работу, прежде чем можно будет начать испытания на людях.

"В конечном счете, наш подход может обеспечить мультиплексный мониторинг с использованием быстрых процедур введения без швов, что может обеспечить уникальное преимущество при переходе к персонализированной медицинской помощи", - заявили авторы.