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#Neues aus der Industrie
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Verwickelte microdevices, die sicher eingepflanzt werden können
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Anwendungen umfassen ein Medikamentenverabreichungssystem, um hergestellte Drogendosen für Präzisionsmedizin, Katheter, Stents, Herzschrittmacher und weiches microbotics zur Verfügung zu stellen
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Kolumbien-Technikforscher haben eine Technik für die Herstellung von komplexen microdevices mit den dreidimensionalen, freigängigen Teilen erfunden, die von den Biosubstanzen gemacht werden, die im Körper sicher eingepflanzt werden können. Mögliche Anwendungen umfassen ein Medikamentenverabreichungssystem, um hergestellte Drogendosen für Präzisionsmedizin, Katheter, Stents, Herzschrittmacher und weiches microbotics zur Verfügung zu stellen.
Die meisten gegenwärtigen verpflanzbaren microdevices haben statische Komponenten eher, als bewegliche Teile und, weil sie Batterien oder andere giftige Elektronik erfordern, sie biocompatibility begrenzt haben.
Die neue Technik stapelt ein weiches biocompatible Hydrogelmaterial in den Schichten, unter Verwendung einer schnellen Produktionsmethode, welche die Forscher „verpflanzbare microelectromechanical Systeme“ nennen (iMEMS).
iMEMS Medikamentenverabreichungssystem. Das Nutzlastenliefersystem wurde in einem Knochenkrebs-Mäusemodell geprüft und fand, dass das Auslösen von Freisetzungen von Doxorubicin vom Gerät in 10 Tagen hohe Behandlungswirksamkeit und niedrige Giftigkeit zeigte, an 1/10. der Standardkörperchemotherapiedosis. Das Gerät enthält Eisen nanoparticle-lackierte Komponenten, die auf externe magnetische Betätigung reagieren. Betätigung der Gerättriggerfreisetzung von Nutzlasten von den Reservoiren. (Kredit: Sau Yin Chin et al./Wissenschafts-Robotik)
„Unsere iMEMS Plattform ermöglicht Entwicklung von biocompatible verpflanzbaren microdevices mit einer breiten Palette von verwickelten beweglichen Komponenten, die drahtlos Bedarfs- gesteuert werden können, und löst die Fragen des Gerätes antreibend und biocompatibility,“ sagt biomedizinische Technik-Professor Sam Sia, älterer Autor eines Papiers des freien Zugangs, das online am 4. Januar 2017, in der Wissenschafts-Robotik veröffentlicht wird).
Die Forscher waren in der Lage, das iMEMS Gerät auszulösen, um Nutzlasten in Tagen Wochen nach Einpflanzung, mit genauer Betätigung freizugeben, indem sie magnetische Kräfte aufwendeten, um Gangbewegungen zu verursachen, die der Reihe nach die strukturellen Strahlen verbiegen, die von den Hydrogelen mit in hohem Grade melodischen Eigenschaften gemacht werden. (Magnetische Eisenpartikel sind allgemein verwendet und sind für menschlichen Gebrauch als Kontrastmittel. FDA-gebilligt)
Batterielose verpflanzbare medizinische Geräte oder Sensoren
Sias iMEMS Technik spricht einige Fragen an, wenn sie biocompatible microdevices, micromachines und microrobots errichtet: wie man kleine Robotergeräte antreibt, ohne giftige Batterien zu verwenden; wie man kleine, biocompatible, bewegliche Komponenten macht, die nicht Silikon sind, das biocompatibility begrenzt hat; und wie man drahtlos einmal eingepflanzt in Verbindung steht (Hochfrequenzmikroelektronik erfordert Energie verhältnismäßig groß, ist, und ist nicht biocompatible).
Die Forscher entwickelten eine „Sperrung“ zur genauen Betätigung und zur Bewegung von freigängigen Teilen, die als Ventile, Vielfältigkeit, Rotoren, Pumpen und Medikamentenverabreichungssysteme arbeiten können. Sie waren, die Biosubstanzen innerhalb einer breiten Palette von mechanischen und verbreitungsfähigen Eigenschaften abzustimmen in der Lage und sie nach Einpflanzung ohne eine nachhaltige Stromversorgung, wie eine giftige Batterie zu steuern.
„Wir können kleine verpflanzbare Geräte, Sensoren oder Roboter herstellen, die wir mit drahtlos sprechen können. Unser iMEMS System könnte das Feld holen, das, ein Schritt näher an dem Entwickeln von weichen miniaturisierten Robotern, die auf Menschen und andere lebende Systeme sicher einwirken können,“ Sia sagte.
Das Team entwickelte ein Medikamentenverabreichungssystem und prüfte es auf Mäusen mit Knochenkrebs. Das iMEMS System lieferte Chemotherapie neben Krebs und begrenztes Tumorwachstum beim Zeigen von weniger Giftigkeit als mit der Chemotherapie, die während des Körpers verabreicht wurde.
Die Studie wurde durch die National Science Foundation, NIH und die Agentur für Wissenschaft, Technologie und Forschung (Singapur) gestützt.
* das Team benutzte Licht, um Blätter des Gels zu polymerisieren und enthielt eine Steppermechanisierung, um die Zachse zu steuern und die Blätter zu kopieren überlagern Sie durch die Schicht und ihnen Dreidimensionalität geben. Die Kontrolle der Zachse ermöglichte den Forschern, Verbundwerkstoffe innerhalb einer Schicht des Hydrogels bei der Leitung der Stärke jeder Schicht während des Herstellungsprozesses zu schaffen. Sie waren in der Lage, mehrfache Schichten zu stapeln, die genau und, weil sie eine Schicht auf einmal polymerisieren konnten, ein Recht nach dem anderen, die komplexe Struktur wurden errichtet in weniger als 30 Minuten ausgerichtet sind.
„Hydrogele sind schwierig, mit zu arbeiten, da sie weich und mit traditionellen Bearbeitungstechniken nicht kompatibel sind,“ sagt Sau Yin Chin, führender Autor der Studie, die mit Sia arbeitete. „Wir haben die mechanischen Eigenschaften abgestimmt und sorgfältig die Steifheit von Strukturen zusammenbrachten, die mit innerhalb des Gerätes sich in Berührung kommen. Gänge, die müssen steif sein, um Kraftübertragung zuzulassen und wiederholter Betätigung zu widerstehen ineinander greifen. Andererseits müssen Strukturen, die Sperrungen bilden, weich und flexibel sein, die Gänge durch sie während der Betätigung gleiten zu dürfen, während gleichzeitig sie genug steif sein müssen, die Gänge zu halten, an Ort und Stelle wenn das Gerät nicht betätigt wird. Wir studierten auch die verbreitungsfähigen Eigenschaften der Hydrogele, um zu garantieren, dass die geladenen Drogen nicht leicht diffundieren durch die Hydrogelschichten.“
Zusammenfassung der additiven Herstellung der Hydrogel-ansässigen Materialien für zukünftige verpflanzbare medizinische Geräte
Verpflanzbare microdevices haben häufig statische Komponenten eher als bewegliche Teile und Ausstellung begrenztes biocompatibility. Dieses Papier zeigt eine schnelle Produktionsmethode, die Eigenschaften in den biocompatible Materialien zu den zehn Mikrometern in der Skala, mit den verwickelten und zusammengesetzten Mustern in jeder Schicht unten produzieren kann. Indem wir die einzigartigen mechanischen Eigenschaften von Hydrogelen ausnutzten, entwickelten wir eine „Sperrung“ zur genauen Betätigung und zur Bewegung von freigängigen Teilen, die Funktionen wie Ventile, Vielfältigkeit, Rotoren, Pumpen und Lieferung von Nutzlasten zur Verfügung stellen können. Hydrogelkomponenten konnten innerhalb einer breiten Palette von mechanischen und verbreitungsfähigen Eigenschaften abgestimmt werden und können nach Einpflanzung ohne eine nachhaltige Stromversorgung gesteuert werden. In einem Mäusemodell von Osteosarcoma, zeigte das Auslösen der Freisetzung von Doxorubicin vom Gerät in 10 Tagen hohe Behandlungswirksamkeit und niedrige Giftigkeit, bei 1/10 der Standardkörperchemotherapiedosis. Gesamt, diese Plattform, genannt verpflanzbare microelectromechanical Systeme (iMEMS), ermöglicht Entwicklung von biocompatible verpflanzbaren microdevices mit einer breiten Palette von verwickelten beweglichen Komponenten, die drahtlos Bedarfs- gesteuert werden können, in gewissem Sinne das löst Fragen Gerät von Antreiben und von biocompatibility.