Patienter utrustade med en ortopedisk protes upplever vanligtvis en period av intensiv smärta efter operationen. I ett försök att kontrollera smärtan, kirurger injicerar smärtstillande medel i vävnaden under operationen. När det tar slut en dag eller två senare, patienterna ges morfin genom en kateter som placeras nära ryggraden. Ändå är katetrar inte särskilt bekväma, och drogerna spreds över hela kroppen, påverkar alla organ.

Forskare vid EPFL:s Microsystems Laboratory arbetar nu med ett biologiskt nedbrytbart implantat som skulle frigöra lokalbedövningsmedel på begäran under flera dagar. Inte bara skulle detta implantat minska patienternas obehag efter operationen, men det skulle inte behövas ytterligare operation för att ta bort det. De utvecklade en liten biologiskt nedbrytbar elektronisk krets, gjord av magnesium, som kan värmas upp trådlöst från utsidan av kroppen.

När den väl har integrerats i den slutliga enheten, kretsen kommer att tillåta utsläpp av kontrollerade mängder bedövningsmedel på en specifik plats under flera dagar. Efter det, implantatet kommer att brytas ned på ett säkert sätt inuti kroppen. Denna forskning har publicerats i Avancerade funktionella material .

En kapsel med flera behållare

Den elektroniska kretsen - en resonanskrets i form av en liten spiral - är bara några mikrometer tjock. När den utsätts för ett växlande elektromagnetiskt fält, spiralresonatorn producerar en elektrisk ström som skapar värme.

Forskarnas slutmål är att para ihop resonatorerna med smärtstillande kapslar och sedan föra in dem i vävnaden under operationen. Innehållet i kapslarna kan frigöras när ett elektromagnetiskt fält som skickas från utsidan av kroppen smälter kapselmembranet.

"Vi är i ett nyckelskede i vårt projekt, eftersom vi nu kan tillverka resonatorer som fungerar vid olika våglängder, säger Matthieu Rüegg, en Ph.D. student och studiens huvudförfattare. "Det betyder att vi kan frigöra innehållet i kapslarna individuellt genom att välja olika frekvenser." Värme-och-släppprocessen bör ta mindre än en sekund.

En ny tillverkningsteknik

Forskarna var tvungna att vara kreativa när det var dags att tillverka sina biologiskt nedbrytbara resonatorer. "Vi uteslöt omedelbart all tillverkningsprocess som involverade kontakt med vatten, eftersom magnesium löser sig på bara några sekunder, " säger Rüegg. Det slutade med att de formade magnesiumet genom att deponera det på ett underlag och sedan överösa det med joner. "Det gav oss mer flexibilitet i designstadiet, " tillägger han. De kunde så småningom skapa några av de minsta magnesiumresonatorerna i världen:två mikron tjocka, med en diameter på tre millimeter.

Teamets uppfinning är inte riktigt redo för operationssalen. "Vi behöver fortfarande arbeta med att integrera resonatorerna i den slutliga enheten och visa att det är möjligt att släppa ut droger både in vitro och in vivo , avslutar Ruegg.