Американцы создали растворяемые имплантируемые датчики

Американские исследователи разработали биосовместимое имплантируемое устройство, способное измерять растяжение и давление, а после заданного времени растворяться в организме. За счет этого устройство можно не извлекать после хирургического вмешательства, рассказывают разработчики в журнале Nature Electronics.

Имплантируемые датчики позволяют довольно точно отслеживать ход лечения или состояние пациента, измеряя параметры конкретных частей организма. Но у них есть очевидный недостаток — если устройство не нужно использовать постоянно, как, к примеру, электрокардиостимулятор, для его извлечения требуется еще одна операция. В новой работе ученые описали создание и тестирование датчика, который может измерять растяжение и давление, что может пригодиться, например, при лечении травм сухожилий.

Исследователи под руководством Чжэньань Бао (Zhenan Bao) из Стэнфордского университета разработали биосовместимое устройство, способное независимо измерять давление и растяжение, а также растворяться после использования в течение расчетного срока работы. Он состоит из нескольких слоев, которые вместе образуют два датчика. Два слоя с магниевыми электродами, изолированными полимерными слоями, могут перемещаться относительно друг друга, тем самым менять емкость и показывать растяжение. Другая часть слоев образует емкостной датчик давления. Он состоит из двух электродов, разделенных хорошо сжимаемым слоем диэлектрика. При сжатии датчика расстояние между электродами уменьшается, что приводит к изменению емкости, которую также можно измерить. Снаружи все эти наслоения покрыты биодеградируемым полимером, который защищает внутреннюю структуру устройства от преждевременного разрушения.

Датчик растяжения может измерять растяжение до 15 процентов, а датчик давления работает в диапазоне от нуля до 100 килопаскалей. Исследователи предложили использовать устройство для измерения параметров и нагрузок на сухожилия при лечении их травм. Они провели лабораторные тесты устройства в среде, имитирующей живой организм (температура 37 градусов Цельсия и натрий-фосфатный буфер). Оказалось, что устройство способно стабильно работать в течение двух-трех недель в таких условиях без значительного изменения чувствительности — обычно такого периода достаточно для излечения травм сухожилий.

Кроме того, разработчики провели испытания устройства на крысе, вживив датчик в ее спину. Результаты чувствительности датчиков оказались похожими — они начали заметно меняться после двух недель наблюдений. Также авторы оценили и биосовместимость устройства. Они наблюдали воспалительную реакцию в месте имплантации только в течение первой недели, а в последующие семь недель она уже не наблюдалась. Стоит отметить, что пока у разработки ученых есть важный недостаток — растворимо и биосовместимо только само устройство, но снимать показания с него приходится с помощью отдельных электродов. В будущем авторы собираются разработать полностью биодеградируемую систему беспроводной передачи собираемых данных.

В 2016 году другая группа американских ученых разработала имплантируемые в мозг многофункциональные датчики, которые также могут рассасываться со временем. В зависимости от конфигурации они могут измерять давление, ток жидкости, температуру и кислотность.

Григорий Копиев