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“我们已经使传感器非常薄且可变形

“我们已经使传感器非常薄且可变形

  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凸起的愈合情况,如果它们爆裂可能导致死亡或严重伤害。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。

  为了降低成本并加速制造,可拉伸传感器的制造使用气溶胶喷射3-D印刷在弹性体基底上产生导电银迹线。三维增材制造技术允许在一个步骤中生产非常小的电子特征,而无需在洁净室中使用传统的多步骤光刻工艺。该装置被认为是气溶胶喷射3-D打印的第一个示范,以产生用于无线监测的可植入,可拉伸的传感系统。

  “我们传感器的优点在于它可以无缝集成到临床医生已用于治疗动脉瘤的现有医疗支架或分流器上,”佐治亚理工学院George W. Woodruff机械工程学院助理教授Woon-Hong Yeo说。以及乔治亚理工学院和埃默里大学的Wallace H. Coulter生物医学工程系。“我们可以用它来测量流入动脉瘤囊的血流,以确定动脉瘤愈合的程度,并在血流量变化时提醒医生。”

  使用导管系统插入,传感器将使用信号的电感耦合,以允许无线检测仿生脑动脉瘤血流动力学。该研究于8月7日在“ 高级科学 ”杂志上发表。

  监测脑动脉瘤的进展现在需要使用可能具有有害副作用的造影材料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。然而,放置在血管中的传感器可以允许更频繁的评估而不使用成像染料。

  “对于已经完成手术的患者,我们可以在不使用任何成像工具的情况下判断动脉瘤是否应该闭塞,”Yeo说。“我们将能够准确地测量血流量,以检测每秒0.05米的变化。”

  六层传感器由生物相容的聚酰亚胺制成,两个单独的网格图案层由银纳米粒子,电介质和软聚合物包封材料制成。该传感器将围绕支架或分流器,它必须是直径小于两个或三个毫米至装配到包裹血液的血管。

  传感器包括线圈,用于拾取从位于身体外部的另一线圈传输的电磁能量。流过植入的传感器的血液改变其电容,这改变了通过传感器的信号到达位于体外的第三线圈。在实验室里,Yeo和他的合作者测量了距离植入肉类的传感器6厘米处的电容变化,以模拟脑组织。

  “流量与我们可以测量的电容变化非常相关,”Yeo说。“我们已经使传感器非常薄且可变形,因此它可以响应血流量的微小变化。”

  使用气溶胶喷射3-D印刷技术对于生产传感器所需的可拉伸和柔性电子器件是必不可少的。该技术使用喷雾气溶胶颗粒来创建图案,允许比传统喷墨打印更窄的特征尺寸。

  “我们可以控制印刷速度,印刷宽度和喷射材料的数量,”Yeo说。“可以针对每种材料优化参数,我们可以使用具有广泛粘度的材料。”

  由于传感器可以在没有昂贵的洁净室设施的情况下一步制造,因此可以以更低的成本制造更高的体积。

  动脉瘤传感器的下一阶段将能够测量血管中的血压以及流速。“我们将能够衡量压力对流量变化的影响,”Yeo解释道。“这将使该设备可用于其他应用,如颅内压测量。”

  Yeo的研究团队还开发了一种灵活且可穿戴的健康监测器,能够提供ECG和其他信息。他说,监测技术的成功证明了基于纳米材料,可拉伸力学和机器学习算法的智能和连接无线软电子的潜力。

  “我们很高兴人们现在认识到这种技术的潜力,”Yeo补充道。“将这种传感机制整合到可植入体内的超薄膜中有很多机会。”

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