En trådlös sensor som är tillräckligt liten för att implanteras i blodkärlen i den mänskliga hjärnan kan hjälpa läkare att utvärdera läkningen av aneurysm – utbuktningar som kan orsaka dödsfall eller allvarlig skada om de spricker. Den töjbara sensorn, som fungerar utan batterier, skulle lindas runt stentar eller diverter implanterade för att kontrollera blodflödet i kärl som påverkas av aneurysmerna.

För att minska kostnaderna och påskynda tillverkningen, tillverkningen av de töjbara sensorerna använder aerosoljet 3-D-utskrift för att skapa ledande silverspår på elastomeriska substrat. 3D additiv tillverkningsteknik möjliggör produktion av mycket små elektroniska funktioner i ett enda steg, utan att använda traditionella flerstegs litografiprocesser i ett renrum. Enheten tros vara den första demonstrationen av aerosoljet 3-D-utskrift för att producera en implanterbar, töjbart avkänningssystem för trådlös övervakning.

"Det fina med vår sensor är att den sömlöst kan integreras i befintliga medicinska stentar eller flödesavledare som läkare redan använder för att behandla aneurysm, sa Woon-Hong Yeo, en biträdande professor vid Georgia Techs George W. Woodruff School of Mechanical Engineering och Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering vid Georgia Tech and Emory University. "Vi skulle kunna använda den för att mäta ett inkommande blodflöde till aneurysmpåsen för att avgöra hur väl aneurysmet läker, och att varna läkare om blodflödet förändras."

Förs in med hjälp av ett katetersystem, sensorn skulle använda induktiv koppling av signaler för att möjliggöra trådlös detektering av biomimetisk cerebral aneurysm hemodynamik. Forskningen rapporterades 7 augusti i tidskriften Avancerad vetenskap .

Att övervaka utvecklingen av cerebrala aneurysmer kräver nu upprepad angiogramavbildning med kontrastmaterial som kan ha skadliga biverkningar. På grund av kostnaderna och potentiella negativa effekter, användningen av avbildningstekniken måste begränsas. Dock, en sensor placerad i ett blodkärl skulle kunna möjliggöra mer frekventa utvärderingar utan användning av bildbehandlingsfärgämnen.

"För patienter som har genomgått en procedur, vi skulle kunna se om aneurysmet täpper till som det ska utan att använda några bildverktyg, "Yeo sa. "Vi kommer att kunna mäta blodflödet noggrant för att upptäcka förändringar så små som 0,05 meter per sekund."

Sexlagerssensorn är tillverkad av biokompatibel polyimid, två separata lager av ett nätmönster framställt av silvernanopartiklar, ett dielektriskt och mjukt polymerinkapslande material. Sensorn skulle lindas runt stenten eller flödesavledaren, som måste vara mindre än två eller tre millimeter i diameter för att passa in i blodkärlen.

Sensorn inkluderar en spole för att ta upp elektromagnetisk energi som sänds från en annan spole placerad utanför kroppen. Blod som strömmar genom den implanterade sensorn ändrar dess kapacitans, som ändrar signalerna som passerar genom sensorn på väg till en tredje spole placerad utanför kroppen. I laboratoriet, Yeo och hans medarbetare har mätt kapacitansförändringar sex centimeter från en sensor implanterad i kött för att simulera hjärnvävnad.

"Flödeshastigheten är riktigt bra korrelerad med kapacitansförändringen som vi kan mäta, " Sa Yeo. "Vi har gjort sensorn mycket tunn och deformerbar så att den kan svara på små förändringar i blodflödet."

Användningen av aerosoljet 3-D-utskriftstekniken var avgörande för att producera den töjbara och flexibla elektroniken som behövs för sensorn. Tekniken använder en spray av aerosolpartiklar för att skapa mönster, tillåter smalare funktionsstorlekar än konventionell bläckstråleutskrift.

"Vi kan kontrollera utskriftshastigheten, utskriftsbredden, och mängden material som sprutas ut, "Yeo sa. "Parametrarna kan optimeras för varje material, och vi kan använda material som har ett brett spektrum av viskositeter."

Eftersom sensorn kan tillverkas i ett enda steg utan dyra renrumsfaciliteter, den skulle kunna tillverkas i större volymer till lägre kostnad.

Nästa fas av aneurysmsensorn kommer att kunna mäta blodtrycket i kärlet tillsammans med flödeshastigheterna. "Vi kommer att kunna mäta hur trycket bidrar till flödesförändringar, " Yeo förklarade. "Det skulle göra att enheten kan användas för andra applikationer, såsom intrakraniella tryckmätningar."

Yeos forskargrupp har också utvecklat en flexibel och bärbar hälsomonitor som kan ge EKG och annan information. Han säger att framgången med övervakningstekniken visar potentialen för smart och uppkopplad trådlös mjuk elektronik baserad på nanomaterial, töjbar mekanik, och maskininlärningsalgoritmer.

"Vi är glada över att människor nu inser potentialen med denna teknik, " Yeo tillade. "Det finns många möjligheter att integrera denna avkänningsmekanism i ultratunna membran som är implanterbara i kroppen."