Ученые разработали имплантируемую систему мониторинга кровотока в сосудах
Имплантируемую мягкую электронную систему непрерывного мониторинга гемодинамики в сосудах разработали ученые Технологического института Джорджии, 11 мая статья с результатами исследования новой системы была опубликована в журнале Science Advances.
В статье авторы отмечают, что более 30% смертей во всем мире приходится на сосудистые заболевания. Однако современные методы мониторинга кровотока в сосудах, включая ангиографию, магнитно-резонансную томографию, ультразвуковую допплерографию и катетеризацию, дают узкие и неполные представления о состоянии сосудов из-за ограниченного количества периодов мониторинга.
Непрерывный мониторинг гемодинамики может улучшить результаты лечения пациентов, и достижения в области эластичной и гибкой электроники позволяют создавать беспроводные артериальные датчики, пишут исследователи.
Однако сосудистые заболевания, такие как гипертония, атеросклероз и аневризмы, возникают во всей сосудистой системе, в том числе в артериях диаметром от нескольких миллиметров до сантиметров, имеющих самую различную кривизну.
Существующие имплантируемые датчики не могут обеспечить контроль в таких сосудах из-за их громоздких корпусов и жестких материалов.
Разработка Вун-Хонг Йео и его сотрудников из Технологического института решает эти проблемы. Их электронная система состоит из беспроводной платформы-стента, интегрированной с мягкими датчиками, что удовлетворяет требованиям имплантации и эксплуатации.
Устройство управляется по беспроводной сети с помощью индуктивной связи, что обеспечивает одновременный мониторинг в реальном времени давления, частоты пульса и величины потока и дает возможность контролировать широкий спектр сосудистых состояний.
Формирование индуктивного стента было выполнено с помощью лазерной обработки из нескольких материалов. Мягкие датчики давления полностью напечатаны методом аэрозольной струйной печати и конформно интегрированы со стентом.
Использование печатного рисунка из эластомера в качестве диэлектрика обеспечило малое время отклика и чувствительность к давлению даже при изгибе радиусом 0,25 мм, что является ключевым достижением, пишут авторы статьи. При этом разработанное ими беспроводное устройство устанавливается по обычной процедуре стентирования.
Подобно обычным стентам, беспроводное устройство легко адаптируется к различным размерам артерий. Благодаря этой приспособляемости и оптимизированной механике устройство может быть имплантировано через минимально инвазивный катетер.
Исследование, проведенное на кроликах in vivo, продемонстрировало минимально инвазивную имплантацию катетера в узкие артерии животных.
Исследователи в своей будущей работе намерены улучшать инкапсуляцию датчика, уменьшать толщину стойки стента и датчика и разработать внешнее электронное устройство для считывания показаний, которое будет использоваться для долгосрочных исследований in vivo функциональности имплантированных датчиков и их возможного воздействия на организм.
В целом же они отмечают, что достижения в электронных конструкциях, материалах и системной интеграции открывают широкие возможности для имплантируемых сосудистых электронных систем и комплексного беспроводного мониторинга гемодинамики.
«Мы верим, что разработанные нами механические, материальные и электрические принципы проектирования, а также инженерная и биосенсорная база, являющаяся результатом этой работы, будут способствовать развитию имплантируемой электроники и биомедицинских систем», — заявил руководитель исследования Вун-Хонг Йео.
Платформа беспроводных имплантируемых устройств легко адаптируется к множеству датчиков для мониторинга большего количества параметров, таких как напряжение, температура и биомаркеры, и позволит использовать устройства в лечении различных заболеваний.
