Нередко для наблюдения за хроническими заболеваниями, а также при осуществлении хирургического вмешательства в тело пациента требуется установить различные виды датчиков. Но существующие устройства часто содержат токсичные компоненты. По окончании срока службы их нужно удалить из организма, для чего снова приходится проводить операцию.
Инженеры из Университета Коннектикута (UConn) представили компактный и гибкий биоразлагаемый датчик давления, который может помочь врачам контролировать происходящее при хронических заболеваниях лёгких, отёке мозга, а также использоваться для других целей.
Устройство уже одобрено Управлением по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарственных препаратов США для использования в хирургических швах, костных трансплантатах и медицинских имплантатах. Само изобретение и результаты его тестирования подробно описаны в статье, которая была опубликована в издании PNAS.
Главной проблемой, с которой столкнулась команда под руководством Тхань Дюк Нгуена (Thanh Duc Nguyen), стал поиск биоразлагаемого материала, который обладал бы пьезоэлектрическими свойствами, то есть производил электрический заряд под действием давления и сжатия. В итоге учёные обратили внимание на полимер L-полилактид, или PLLA, который в обычных условиях не способен генерировать электричество.
Один из соавторов исследования Эли Кюрри (Eli Curry) обнаружил, что этот материал может превратиться в пьезоэлемент, после того как будет нагрет, растянут и разрезан под прямым углом. Новые свойства возникают в этом случае благодаря изменению молекулярной структуры L-полилактида.
В результате датчик представлет собой устройство, изготовленное из двух слоёв пьезоэлектрика PLLA, зажатых между крошечными молибденовыми электродами и покрытых снаружи слоем полимолочной кислоты (PLA) – биоразлагаемого полимера, широко используемого в медицине. При малейшем давлении пьезоэлектрическая плёнка вырабатывает заряд. Эти электрические сигналы легко можно захватить внешним устройством.
Первый прототип длиной и шириной пять миллиметров и толщиной всего двести микрометров был имплантирован в брюшко мыши для контроля скорости её дыхания. Сигналы от датчика попадали на внешний усилитель, после чего передавались на осциллограф, где уже было можно наблюдать за показаниями в режиме реального времени.
В пресс-релизе университета авторы работы сообщают, что полученные с помощью новой технологии данные были идентичны показаниям существующих коммерческих приборов. Устройство передавало достоверные данные на протяжении четырёх дней, после чего успешно начало разлагаться.
Разработчики утверждают, что их датчик способен улавливать очень широкий спектр давлений, которые имеют место в организме, например, в мозге, за глазом или в животе. Отдельный тест на безопасность устройства показал, что воспаление после имплантации было незначительным и уже через четыре недели мягкие ткани приобрели в месте имплантации свой обычный вид.
Сейчас команда учёных продолжает совершенствование разработки. В частности, уже известно, что чувствительность датчика можно отрегулировать, изменив количество слоёв PLLA и проведя некоторые другие действия. Также ведётся работа над продлением срока службы датчика.
Естественно, что на волне интереса к биоразлагаемым материалам учёные активно работают над созданием имплантируемых устройств, которые смогут бесследно растворяться в тканях, когда их миссия подойдёт к концу. Например, авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о растворимом имплантате для контроля работы мозга.
