Durch die Integration von mikrofluidischen Netzwerken, nanoskaligen Sensoren und Elektronik haben Forscher implantierbare, fadenartige Geräte geschaffen, die durch mehrere Schichten von Gewebe in 3-D vernäht werden können, um Diagnosedaten drahtlos zu sammeln und zu senden, wie es geschieht.

Die mikrofluidischen Fäden durchdringen mehrere Schichten, um Gewebeflüssigkeit zu untersuchen und sie zu fokussieren, um Fäden zu sammeln, die Daten wie pH- und Glukosespiegel sammeln. Elektrisch leitfähige Fäden liefern dann die Daten an einen flexiblen Funksender, der auf der Oberseite der Haut angeordnet werden kann.

Bildnachweis: Tufts University

Schreiben der Zeitschrift Mikrosysteme & Nanoengineering , Das Team - geführt von Ingenieuren von Tufts University in Medford, MA - sagt die neue "smart thread" Diagnose-Plattform könnte die Grundlage für eine neue Generation von implantierbaren medizinischen Diagnostik und intelligente tragbare Geräte.

Das Papier beschreibt die Schaffung von mikrofluidischen Fäden, die durch mehrere Schichten von Gewebe vernäht werden können, um Flüssigkeit zu entnehmen. Das Netzwerk der mikrofluidischen Schaltkreise "verbindet sich mit biologischen Geweben in drei Dimensionen", beachten Sie die Autoren.

Nachdem die winzigen Proben der Gewebeflüssigkeit gesammelt worden sind, vermitteln sie die mikrofluidischen Fäden zu den Erfassungsfäden, die verschiedene Eigenschaften - wie pH und Glukose - messen und die Daten entlang elektrisch leitfähiger Fäden an einen flexiblen Funksender senden, der auf der Oberseite der Haut angeordnet werden kann.

Mikrofluidik ist eine relativ neue Technologie, die Ideen aus Physik, Chemie, Biochemie, Ingenieurwesen, Nanotechnologie und Biotechnologie zur Steuerung von winzigen Mengen an Flüssigkeit entlang von Mikrokanälen anwendet.

Das Team zeigte, wie der intelligente Faden medizinische Daten - wie pH- und Glukosespiegel, sowie Gewebedruck, Stress, Dehnung und Temperatur - in lebenden Ratten sowie kultiviertem Gewebe sammeln und übertragen kann. Die Daten wurden auf ein Handy und Computer übertragen.

In der Lage, solche Eigenschaften in drei Dimensionen in lebendem Gewebe in Echtzeit zu messen, könnte für eine Reihe von medizinischen Anwendungen, wie die Überwachung der Wundheilung, auftauchende Infektionen oder einfach nur, ob die Chemie des Körpers aus dem Gleichgewicht ist, nützlich sein.

Die Fähigkeit zur Naht 3-D-Diagnostik in Organe ist einzigartig

Die 3-D-Plattform kann sich an komplexe Gewebestrukturen anpassen, wie sie in Organen, Wunden und sogar orthopädischen Implantaten vorkommen.

Entsprechender Autor Sameer Sonkusale, Associate Professor und Direktor des NanoLab in der Elektro- und EDV-Abteilung der Tufts School of Engineering, sagt:

"Die Fähigkeit, ein fadenbasiertes Diagnosegerät in einer Gewebe- oder Orgelumgebung in drei Dimensionen zu fliegen, fügt ein einzigartiges Merkmal hinzu, das mit anderen flexiblen Diagnoseplattformen nicht verfügbar ist."

Die Idee von intelligenten Geräten, die in der Lage sind, medizinische Überwachung - und sogar Intervention - ist nicht neu. Zum Beispiel entwickeln Forscher intelligente Insulin-Patches, die hohen Blutzuckerspiegel und entladen die richtige Menge an Insulin und intelligente Wundverbände, die bakterielle Infektionen zu spüren.

Allerdings ist die Struktur dieser und anderer implantierbarer Vorrichtungen im Wesentlichen 2-D, und während noch nützlich, ist auf flaches Gewebe wie Haut beschränkt, beachten Sie die Autoren.

Ein weiterer Nachteil ist, dass in vielen Fällen die Materialien in den 2-D-Substraten teuer sind und eine spezialisierte Verarbeitung erfordern.

Im Gegensatz dazu ist das Material, das verwendet wird, um klares Faden zu bilden, dünn, flexibel, preiswert und leicht zu komplexen Formen zu bilden.

Die Autoren bemerken, dass der Faden auch natürliche Wicking-Eigenschaften hat. Dies könnte verwendet werden, um Analyten zu vermitteln - Substanzen, die bei der chemischen Analyse des Gewebes helfen.

Wir denken, dass Thread-basierte Geräte potenziell als intelligente Nähte für chirurgische Implantate, intelligente Bandagen zur Überwachung der Wundheilung oder integriert mit Textil oder Gewebe als personalisierte Gesundheitsmonitore und Point-of-Care-Diagnose verwendet werden könnten."

Prof. Sameer Sonkusale

Die Forscher sagen, während mehr Arbeit getan werden muss - zum Beispiel müssen sie die langfristige Biokompatibilität des intelligenten Fadens beurteilen - die bisher erzielten Ergebnisse zeigen auf die Möglichkeit, Behandlungen für individuelle Patienten zu optimieren.

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