طراحی ایمپلنتهای هوشمند برای نظارت بر روند ترمیم بیماری
یک ایمپلنت هوشمند که به تازگی ساخته شده است، امکان نظارت بر ترمیم همجوشی ستون فقرات را فراهم می‌کند.
امتیاز:
به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، همجوشی ستون فقرات - اتصال دو مهره به یکدیگر - می‌تواند طیف گسترده‌ای از اختلالات ستون فقرات را درمان کند. اغلب، جراحان از یک محفظه برای حمایت در جایی که دیسک زمانی بین مهره‌ها قرار داشت استفاده می‌کنند. اما اگر آن محفظه‌‌‌‌‌‌ها بتوانند به روش‌های مختلف از بهبود ستون فقرات حمایت کنند، چه؟
محققان دانشکده مهندسی دانشگاه پیتسبورگ سوانسون در حال ساخت ایمپلنتهای متامتریال هوشمند با چاپ سه بعدی مخصوص برای بیمار هستند که به عنوان حسگر برای نظارت بر بهبود ستون فقرات عمل می‌کنند.
امیر علوی، استادیار مهندسی عمران و محیط زیست که آزمایشگاه iSMaRT او این تحقیق را رهبری می‌کند، گفت: «ایمپلنتهای هوشمند می‌توانند بیوفیدبک بی‌درنگ و مزایای درمانی و تشخیصی زیادی ارائه دهند.
اما ادغام مدارهای حجیم یا منابع برق در ناحیه کوچک ایمپلنت‌‌‌‌‌‌ها بسیار چالش برانگیز است. راه حل این است که از ماتریکس ایمپلنت به عنوان یک محیط سنجش فعال و برای برداشت انرژی استفاده کنید. این چیزی است که ما روی آن تمرکز کرده ایم.»
آزمایشگاه نظارت و پاسخ سازه هوشمند(iSMaRT) کلاس جدیدی از فرامواد مکانیکی چند منظوره را توسعه داده است که به عنوان حسگرهای خود عمل می‌کنند و اطلاعات مهمی را در مورد فشار و تنش‌های وارده بر ساختار آن ضبط و ارسال می‌کنند. به اصطلاح "مواد متا تریبوماد" معروف به فرامواد خودآگاه، قدرت خود را تولید می‌کنند و می‌توانند برای طیف وسیعی از کاربردهای سنجش و نظارت استفاده شوند.
این ماده به گونه ای طراحی شده است که تحت فشار، الکتریسیته تماسی بین ریزلایه‌‌‌‌‌‌های رسانا و دی الکتریک آن رخ می‌دهد و بار الکتریکی ایجاد می‌کند که اطلاعاتی را در مورد وضعیت ماتریس مواد رله می‌کند. علاوه بر این، به طور طبیعی قابلیت تنظیم مکانیکی فوق‌العاده متا مواد استاندارد را به ارث می‌برد.
نیروی تولید شده با استفاده از مکانیسم نانو ژنراتور تریبوالکتریکی آن، نیاز به منبع انرژی مجزا را از بین می‌برد و یک تراشه کوچک داده‌های مربوط به فشار روی محفظه را ثبت می‌کند که یک شاخص مهم برای بهبودی است. سپس داده‌‌‌‌‌‌ها را می‌توان با استفاده از یک اسکنر اولتراسوند قابل حمل به صورت غیرتهاجمی خواند.
محفظه پیشنهادی نه تنها از نظر قابلیت‌های حسی منحصربه‌فرد است، بلکه از‌‌‌‌‌‌‌یک ماده بسیار قابل تنظیم نیز ساخته شده است که می‌تواند برای نیازهای بیمار اختصاصی شود.
علوی توضیح داد: «محفظه‌‌‌‌‌‌های همجوشی ستون فقرات به طور گسترده در جراحی‌‌‌‌‌‌های همجوشی ستون فقرات استفاده می‌شوند؛ اما، معمولاً از تیتانیوم یا مواد پلیمری PEEK (یک ترموپلاستیک مهندسی نیمه کریستالی با کارایی بالا) با خواص مکانیکی خاص ساخته می‌شوند.
انعطاف محفظه‌‌‌‌‌‌های درون بدنی ما به راحتی قابل تنظیم است. این ایمپلنت را می‌توان بر اساس آناتو‌‌‌‌‌‌می‌خاص بیمار قبل از جراحی به صورت سه بعدی پرینت کرد و آن را بسیار طبیعی تر می‌کند.»
این تیم با موفقیت این دستگاه را بر روی جسد انسان آزمایش کرده است و به دنبال مدل‌‌‌‌‌‌های حیوانی بعدی است. از آنجایی که خود ماده فوق‌العاده قابل تنظیم و مقیاس‌پذیر است، طراحی حسگر هوشمند می‌تواند در آینده با بسیاری از کاربردهای دیگر در پزشکی ، مانند استنت‌های قلبی عروقی‌‌‌‌‌‌‌یا اجزای جایگزین زانو‌‌‌‌‌‌‌یا مفصل ران، سازگار شود.
علوی گفت: این اولین ایمپلنت در نوع خود است که از مزایای نانو ژنراتورها و فرامواد برای ایجاد چندکاره بودن در بافت ایمپلنتهای پزشکی استفاده می‌کند. این پیشرفت فناوری نقش مهمی در آینده دستگاه‌های کاشتنی خواهد داشت.»
پایان مطلب/
منبع
https://neurosciencenews.com/smart-implants-sci-20911/