可拉伸的无线传感器可以监测脑动脉瘤的愈合 - 汶颢股份
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可拉伸的无线传感器可以监测脑动脉瘤的愈合

可拉伸的无线传感器可以监测脑动脉瘤的愈合

个小到足以植入人脑血管的无线传感器可以帮助临床医生评估动脉瘤的愈合情况 - 如果它们爆裂会导致死亡或严重伤害的凸起。可伸展的传感器在没有电池的情况下操作,将缠绕在植入的支架或分流器周围,以控制受动脉瘤影响的血管中的血流。

为了降低成本并加快制造速度,这种可延展传感器的制造采用了气溶胶喷射3D打印技术,以实现在弹性衬底上生长导电银线。3D增材制造技术可以在一个步骤中完成生产非常小的电子功能器件,而无需在洁净室中使用传统多步骤光刻工艺。该器件被认为是利用气溶胶喷射3D打印的首个用于制造可植入且可延展无线监测传感系统的样例。

佐治亚理工学院机械工程系(The George W. Woodruff School of Mechanical Engineering, Georgia Tech)和佐治亚理工学院与埃默里大学合办的生物医学工程系(Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering at Georgia Tech and Emory University)的助理教授Woon-Hong Yeo认为:“我们传感器的精妙之处在于,它可无缝集成到临床医生已在使用的现有支架或血流分流器上来帮助治疗动脉瘤。我们可以用它来测量流入动脉瘤囊的血液流量,以确定动脉瘤的愈合情况,并在血液流量发生变化时提醒医生。”

    这项研究使用导管系统植入传感器,该传感器将利用信号的感应耦合,实现对仿生脑动脉瘤血流动力学的无线探测。本研究于8月7日发表在Advanced Science杂志上。论文地址为:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201901034。

可拉伸的无线传感器可以监测脑动脉瘤的愈合

目前,监测脑动脉瘤需要使用可能具有有害副作用的造影剂重复进行血管造影成像。由于成本和潜在的负面影响,必须限制使用成像技术的次数。然而,放置在血管中的这种传感器可在不使用成像染料的情况下进行更频繁地评估。

“对于已经做过手术的病人来说,我们将能在无需任何成像工具的情况下判断动脉瘤是否堵塞,”Yeo说,“我们还可以精确地探测血液流量,最小可探测到每秒0.05米的微小变化。”

该六层结构的传感器由生物相容性的聚酰亚胺以及银纳米颗粒、电介质和柔性聚合物封装材料形成的两层独立的网状结构共同制成。传感器将被缠绕在支架或分流器周围,为了匹配血管,其直径必须小于2或3毫米。

该传感器包含一个用于从身体外部的另一个线圈接收电磁能量的线圈。血流经过植入传感器会改变其电容,从而改变经过传感器传输到位于身体外部的第三个线圈的信号。实验中,Yeo和同事测量了植入一块肉中6厘米深处的传感器的电容变化,以模拟脑组织。

“实验表明,血液流量与我们可测量的电容变化形成了很好的相关性,”Yeo说,“我们将传感器制造的非常薄且可变形,因此它就可以对血液流量的微小变化做出反应。”

气溶胶喷射3D打印技术的使用,对于生产传感器所必需的可延展且灵活的电子器件至关重要。该技术使用喷雾颗粒来创建图形,因此可以打印比传统喷墨打印更小的特征尺寸。

Yeo说:“我们可以控制打印速度、打印宽度以及喷射的材料量。可对每种材料的参数进行优化,我们还可以使用粘度范围更广的材料。”

由于该传感器可在无需昂贵的洁净室设备的情况下一步完成制造,因此能够以更低的成本完成大批量的器件生产。

动脉瘤传感器下一阶段将发展为可测量血管内的血压和流速。Yeo解释说:“我们将能够测量压力对流量变化的影响。这将使该器件可用于如颅内压测量等其他应用。”

Yeo的研究团队还开发了一种柔性可穿戴健康监测器,能够提供心电图(ECG)和其他信息。他说,监测技术的成功证明了基于纳米材料、可延展结构以及机器学习算法的智能无线连接柔性电子技术的巨大潜力。

    Yeo最后补充道:“我们很高兴看到人们目前认识到了这项技术的潜力,未来会有很多机会将这种传感机制整合到可植入人体的各种超薄薄膜中。”