En helt biologiskt nedbrytbar och töjbar töjnings- och trycksensor. a, Sensorn kan fästas på en sena för läkningsbedömning i realtid, så att rehabiliteringsprotokollet efter en senreparation kan anpassas för varje patient. b, Koncept som används för spännings- och tryckavkänning. Töjningsavkänning:Vid applicering av belastning, de två tunnfilmskamelektroderna glider i förhållande till varandra, vilket resulterar i variation av kapacitansen. Intervallet 0–15 % för belastningsavkänning väljs baserat på det faktum att in vivo belastningen som utövas på senor är lägre än 10 %. Tryckavkänning:Vid applicering av tryck, variation av avståndet mellan topp- och bottenelektroderna resulterar i variation av kapacitansen. Det dielektriska skiktet, gjord av en tunn, mycket komprimerbar, regelbundet mikrostrukturerat gummi, gör att sensorn har hög tryckkänslighet och snabb svarstid, förbättra känsligheten med flera storleksordningar jämfört med tidigare publicerade arbeten baserat på en luftgap-ansats. c, Material och övergripande montering av den helt biologiskt nedbrytbara spännings- och trycksensorn. Den biologiskt nedbrytbara elastomeren PGS (poly(glycerolsebacat)) används som ett dielektriskt skikt för kondensatorn som utgör trycksensorn. Det används också i töjningssensorarkitekturen som ett töjbart icke-klibbande lager, så att elektroderna kan glida i förhållande till varandra. Den biologiskt nedbrytbara elastomeren POMaC (poly(oktametylenmaleat (anhydrid)citrat)) används för töjningssensorn och förpackningen18. POMaC är ett mjukt töjbart biologiskt nedbrytbart elastomeriskt biomaterial syntetiserat av citronsyra, maleinsyraanhydrid och 1, 8-oktandiol, som kan efterlikna de mekaniska egenskaperna hos ett brett spektrum av mjuka biologiska vävnader. PLLA är substratskiktet för magnesiumelektroderna. d, Bild på den monterade sensorn. Kreditera: Naturelektronik (2018). DOI:10.1038/s41928-018-0071-7
Ett team av forskare baserade vid Stanford University har utvecklat en ny typ av implanterbar spännings- och trycksensor som sönderdelas ofarligt när dess användbarhet upphör. I deras papper publicerad i tidskriften Natur , gruppen beskriver att utveckla och testa sin sensor. Sung-Geun Choi och Seung-Kyun Kang med Korea Advanced Institute of Science and Technology erbjuder en News &Views om arbetet som gjorts av teamet på Stanford i samma tidningsnummer.
Som de flesta vet, standardproceduren för återhämtning från ortopedisk kirurgi är fysisk rehabilitering. Men att veta hur mycket stress eller tryck som reparerade delar tål är fortfarande mer konst än vetenskap. Av den anledningen, forskare har letat efter sätt att implantera sensorer som ger ett mer exakt mått på vad som händer inuti kroppen under rehab. Helst sådana sensorer skulle helt enkelt försvinna när de inte längre behövs – annars, en andra operation skulle behövas för att ta bort dem. Men tills nu, sådana sensorer har lidit av prestandaproblem eller var inte helt biokompatibla. I denna nya ansträngning, teamet på Stanford rapporterar att deras nya sensor övervinner båda problemen.
Sensorstrukturen gjordes genom att stapla två sensorer, en för att mäta belastning, den andra för tryck – den tillverkades av två typer av biokompatibla och biologiskt nedbrytbara polymerer och har även magnesiumelektroder. Den slutliga produkten omfattade fem lager material inklusive topp- och bottenförpackningar, täcker sensorerna. Teamet testade sensorn genom att implantera den i ryggen på en råtta.
Teamet rapporterar att sensorn kunde mäta töjningar så små som 0,4 procent och tryck så små som 12 Pa. Dessutom, annat än en liten mängd initial inflammation, de observerade inga negativa effekter hos råttan. De rapporterar också att de kunde ställa in tiden före sönderdelning genom att blanda ingredienserna när de gjorde sensorstrukturen. Som en bonus, de noterade att sensorn fungerade normalt under nedbrytningsperioden, och upphörde först när det inte längre var användbart. Vidare, de rapporterar att nedbrytningen av sensorn inte orsakade några problem för råttan.
© 2018 Tech Xplore
