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Die Herausforderungen des Kommens von Material-Innovationen in menschliche Körper

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Eine Universität von Texas an Dallas-Forscher und sein Team haben innovatives flexibles, Gestaltveränderungselektronik entwickelt. Aber der ist gerade der Anfang.

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Eine Universität von Texas an Dallas-Forscher hat wie „zum Programm“ Gestaltveränderungsthiolene/-acrylaten herausgefunden, die mit Elektronik zu den Bauerntricknerven eingebettet werden, die herüber so dünn sind wie 60 Mikrometer. Stellen Sie sich die neurologischen Bedingungen vor, die mit den minimal Invasionselektroden behandelt werden, die um Nerven an den strategischen Plätzen im Körper eingewickelt werden.

Und doch so eindrucksvoll wie die Leistungstöne, Walter E. Voit hat einige bedeutende technologische in den kommenden Jahren zu lösen Herausforderungen, wenn seine kleinen, Gestaltveränderungselektronik in den Menschen verwendet werden werden. Seine Geschichte liefert ein großes Beispiel, warum sie für medtech Innovationen im Labor so lang dauern kann, um es in den Menschen zu machen, Körper-wenn sie überhaupt tun.

Voit und sein Team haben bereits sehr viel mit ihrer Forschung vollendet, die durch das US-Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) und GlaxoSmithKline unterstützt wird, unter anderem. (Sehen Sie Voit, seine Forschung an MD&M East, 9.-11. Juni zu besprechen in New York City.)

Können das thiolene/die Acrylate nicht nur ausgeführt werden, um sich auf eine spezifische Art zu verformen, wenn sie herausgestellt werden, Temperaturen innerhalb des Körpers zu wärmen, aber sie haben große Adhäsion mit Metallen, wie gold-denen sie ein in hohem Grade nützliches flexibles Elektronikmaterial machen

„Ich denke, dass was wir in der Lage gewesen sind, in dem letzten Jahr zu tun, wirklich ist Stoß, den der Umschlag auf, was wir mit diesen verpflanzbare Knotenelektronik tun können,“ Voit sagt. „Wir sind in der Lage gewesen, eine Reihe verpflanzbare neurale Geräte zu errichten, die Leitungen Körpers anzapfen können, der nervös ist, um einzelne Aktionspotenziale über dem zentralen und Zusatznervensystem zu notieren, zu blockieren und anzuregen.“

Große Herausforderungen, obwohl, liegen voran, entsprechend Voit. „Es ist weniger trivial, zu zeigen, dass diese Geräte akut in den Tieren und in den physiologischen Bedingungen funktionieren. Aber die echten Herausforderungen sind, in der aggressiven Umwelt des Körpers zu verstehen, wie diese Geräte, über längere Zeiträume zu funktionieren überleben und fortfahren. Das stellt die sehr interessanten, grundlegenden Materialfragen im Hinblick auf Schnittstellenphysik, im Hinblick auf das Verpacken und Verkapselung.“

Sind hier zwei der großen Herausforderungen Voit und sein Team muss überwinden:

Das Vergewissern es kommt voran

Die Gestaltveränderungselektronik werden gemacht, indem man additiv verwendet und die subtractive Schritte, zum von elektronischen Bauelementen auf Torstapeln mit 15 Schichten, von jedem überall von 3 Nanometer zu 10s oder von 100s von Mikrometern dick soviel wie zu schaffen, sagt Voit.

Voit und seine Kollegen haben mit einem Wirt von leitfähigen Materialien zwischen den Schichten von thiolene/von Acrylaten, einschließlich Gold-, Titannitrid, Platin, Iridium, Iridiumoxid, Kohlenstoffnanoröhrchen, Graphen, Halbleiter und organische Halbleiter experimentiert.

Keines von diesem wird in der Tradition „Metalldosen“ man sieht mit elektronischen medizinischen Geräten eingekapselt.

„Sie müssen die begrenzenden Kräfte berücksichtigen. Sie möchten nicht die Nerven beschädigen. Sie möchten in der Lage sein, sie zu messen und auf sie näher an ihrer natürlichen Umwelt einwirken,“ Voit sagt.

Die Gestaltveränderungselektroden haben über den kurzfristigen inneren Ratten funktioniert. Aber was über die Zeitdauer innerhalb der menschlichen Körper?

„Es gibt viel Flüssigkeit. Es gibt viel Bewegung, in der es Abblätterung geben kann, Leiterknacken. … Müssen wir diese Stapel ausführen, damit, wenn Geräte innerhalb des Körpers sind und dem Verbiegen unterworfen werden und Verrenkung und Ausdehnen, die diese Stapel nicht ganz abgesehen von einander knallen,“ Voit sagt.

Die Formgedächtnispolymere lösen Einteiler des Puzzlespiels. „Aber es gibt viele anderen Stücke, die notwendig sind, wenn wir diese Halbleiter-enthaltenen Torstapel ausführen, um in hohem Grade Funktionsgeräte zu errichten.“

Wo ist es nützlich?

Das Ziel ist, viel vorhandene Technologie zu miniaturisieren, die eingesetzt wird, um auf das Nervensystem einzuwirken, sagt Voit. „Wir benutzen neue Materialien, den neuen Halbleiter, der Ansätze verarbeitet, um in der Lage zu sein, unsere Elektroden näher an der Skala der Biologie zu errichten, die uns erlaubt, selektiver, empfindlicher zu sein, anvisiert, um das Nervensystem zu verstehen und zu steuern.“

Aber wo sollten die Elektroden an den besten Festlichkeitszuständen angewendet werden. „Wir arbeiten aktiv mit einigen der führenden Kliniker im ganzen Land, um das zu tun,“ sagt Voit.

Forschungsmitarbeiter schließen Jason B. Carmel, MD, Doktor mit ein, der Rückenmarkanregung und Muskelplastizität in Cornell erforscht; Pankaj Jay Pasricha, MD, ein führender Gastroenterologe basiert an Johns- Hopkinsmedizin; Robert J. Butera, Doktor, ein Bioengineer bei Georgia Tech; und Mario Romero-Ortega, Doktor, ein Bioengineer an UT Dallas.

„Die sind die Leute, die zum undersand die grundlegenden Neurologiefragen bearbeiten,“ Voit sagt. „Die materiellen Wissenschaftler, die diesbezüglich nützlich sein können, sind die, die diese wirklich feste Zusammenarbeiten mit Neurologen und Klinikern haben, in denen Sie nicht nur Materialien, Schnittstellen und Elektronik verstehen können, aber, wie sie sich benehmen innerhalb der Tiere im Körper in diesen spezifischen biologischen Tests.“

Die drahtlose Technologie Voit und sein Team entwerfen für die Gestaltveränderungselektronik ist im in-vitrostadium, also bezieht die Forschung größtenteils mit ein, Verbindungsstückdrähte in Ratten, unter Verwendung der Gestaltveränderungselektroden als die Schnittstelle laufen zu lassen in die Nerven.

Sie suchen, herauszufinden, wo die Schnittstellen das nützlichste sind.

„Ich denke, die Tage, wenn Sie diese generische Mausefalle entwerfen und sie für viele Sachen arbeiten lassen können,“ Voit sagt dass gegangen sind. „Ich denke, dass die Komplexität des Körpers solch das ist, zum an den Skalen aufeinander einzuwirken, die wir wünschen, wird es viel hin- und her mit Führern, die die Anatomie und die Physiologie gut verstehen und helfen können, die rechten Tiermodelle zu finden, die rechten Tests, die rechten Anregungsparadigmen nehmen, um diese Arbeit zu erhalten.“

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