Implantierbarer drahtloser Sensor zur Überwachung von Gefäßerkrankungen

Gefäßerkrankungen gehören weltweit zu den häufigsten Todesursachen. Laut WHO-Statistiken sind rund 32 % aller weltweiten Todesfälle auf Gefäßerkrankungen zurückzuführen, davon 85 % auf Herzstillstand oder Schlaganfall.

Bildnachweis: Georgia Institute of Technology

Obwohl diese Zahlen atemberaubend sind, kann die Mehrheit der Gefäßerkrankungen durch Verhaltensänderungen wie eine Ernährungsumstellung, Reduzierung des Alkohol- und Tabakkonsums sowie durch aktivere und gesteigerte körperliche Aktivität angegangen werden.

Um jedoch sicherzustellen, dass bei Änderungen des Lebensstils als Reaktion auf Gefäßerkrankungen die richtigen Schritte unternommen werden, ist es wichtig, die Gesundheitsüberwachung richtig zu gestalten, um die Behandlungen zu verbessern.

Georgia Institute of Technology Forscher veröffentlichten kürzlich eine Studie in der Zeitschrift Science Advances in Bezug auf ihre aktuelle Entwicklung einer Technologie, die eine kontinuierliche erreichbare Überwachung mit drahtlosen implantierbaren Geräten ermöglichen würde, um die Behandlung von Gefäßerkrankungen zu verbessern.

Das Team konzentriert sich auf die Verbesserung der Überwachung der Hämodynamik – des Blutflusses durch das Gefäßsystem – um bessere Behandlungen und Patientenergebnisse zu entwickeln. Potenziell tödliche Erkrankungen wie Bluthochdruck und Atherosklerose verlaufen jedoch durch ein komplexes Gefäßsystem mit Arterien unterschiedlicher Durchmesser und Krümmungen.

Um mit dem verdrehten Netzwerk des Gefäßsystems fertig zu werden, entwickelte das Georgia-Team ein elektronisches Gerät, das aus einer drahtlosen Stent-Plattform mit integrierten weichen Sensoren besteht, um die Implantations- und Operationsanforderungen zu erfüllen. Darüber hinaus können die Vorrichtungen unter Verwendung von Aerosol-Jet-Printing-Techniken bedruckt werden.

Das Gerät kann drahtlos durch induktive Kopplung betrieben werden, um gleichzeitig Blutdruck, Fluss und Puls in Echtzeit zu überwachen, was Klinikern eine bessere Möglichkeit bieten könnte, ein breites Spektrum an Gefäßerkrankungen zu erkennen.

Dieses elektronische System wurde entwickelt, um hämodynamische Daten, einschließlich Arteriendruck, Puls und Durchfluss, drahtlos an ein externes Datenerfassungssystem zu liefern, und es ist superklein und dünn, weshalb wir einen Katheter verwenden können, um es überall im Inneren des Patienten zu liefern Karosserie.

Woon-Hong Yeo, Forscher am Georgia Institute of Technology und Hauptautor der Studie

Wenn das Gerät in einen Patienten implantiert wird, dehnt es die Arterie aus und verhindert eine Verengung wie ein herkömmlicher Stent, während es gleichzeitig einen konstanten Datenstrom liefert, um den Zustand des Patienten zu überwachen und Informationen über den Zustand des Geräts selbst bereitzustellen.

Jetzt, nachdem Sie einen Stent eingesetzt haben, sind Sie sich nicht sicher, ob das Problem behoben wurde, und die Patienten kommen möglicherweise mit demselben Problem zurück … Es kann ein Defekt des Stents oder ein Problem mit der Stent-Einführung oder vielleicht ein Problem sein mit dem Blutfluss des Patienten.

Woon-Hong Yeo, Forscher am Georgia Institute of Technology und Hauptautor der Studie

Implantierbar und tragbar

Das Team kann nicht nur fast überall im Körper implantiert werden, sondern plant auch die Entwicklung einer tragbaren Version seines Sensorsystems für ultimative leichte Tragbarkeit.

Während die Technologie bisher nur an Tiermodellen getestet wurde, hoffen Yeo und sein Team, dass sie mit der Unterstützung eines 400.000-Dollar-Zuschusses der National Science Foundation (NSF) die Technologie weiter voranbringen können.

Der Schwerpunkt wird auf der Feinabstimmung der neuartigen jetgedruckten Nanomembransensoren und anderer Bioelektronik für drahtlose und tragbare Geräte liegen, die eine kontinuierliche Überwachung der Gefäßgesundheit erleichtern würden.

Unter den Vorteilen der für diese Studie entwickelten weichen Drucksensoren demonstrierten die Wissenschaftler die Anpassungsfähigkeit bei der Integration in den Stent.

Die Verwendung eines neuartigen gedruckten Elastomermusters als Dielektrikum ermöglichte schnelle Reaktionszeiten und eine außergewöhnliche Druckerfassung, selbst wenn der Sensor Biegekräften mit einem Radius von 0,25 mm ausgesetzt war, was eine erhebliche Verbesserung im Vergleich zur bestehenden Technologie darstellt, da flexible Drucksensoren normalerweise nicht erfassen können, wann gebogen.

Da bei der Entwicklung dieser Sensoren noch einiges zu tun ist, hofft das Team, das NSF-Stipendium nutzen zu können, um seine Forschung voranzutreiben und die Technologie in die nächsten Entwicklungsphasen zu bringen.

Die Erkenntnisse und Erkenntnisse, die wir gewinnen, werden auf andere physiologische Prozesse und Herausforderungen in der biomedizinischen Wissenschaft und Technik anwendbar sein.

Woon-Hong Yeo, Forscher am Georgia Institute of Technology und Hauptautor der Studie

Dies impliziert, dass implantierbare drahtlose Sensoren Anwendungen finden könnten, die über die kontinuierliche Überwachung von Gefäßerkrankungen hinausgehen.

Referenzen und weiterführende Literatur

Wer.int. (2022) Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVDs). [online] Verfügbar um: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/cardiovascular-diseases-(cvds)

Herbert, R., Lim, H., Rigo, B. und Yeo, W., (2022) Vollständig implantierbare, drahtlose, batterielose Gefäßelektronik mit gedruckten Softsensoren für die Multiplex-Erfassung der Hämodynamik. Wissenschaftliche Fortschritte, [online] 8 (19). Verfügbar um: https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.abm1175?af=R

Research.gatech.edu. (2022) Forscher von Georgia Tech entwickeln drahtloses implantierbares Gefäßüberwachungssystem | Forschung. [online] Verfügbar um: https://research.gatech.edu/georgia-tech-researchers-develop-wireless-implantable-vascular-monitoring-system

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