Sensor inalámbrico estirable podría controlar curación de aneurismas cerebrales

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Un sensor inalámbrico lo suficientemente pequeño como para ser implantado en los vasos sanguíneos del cerebro humano podría ayudar a los médicos a evaluar la curación de los aneurismas, protuberancias que pueden causar la muerte o lesiones graves si explotan.

El sensor estirable, que funciona sin baterías, se enrollaría alrededor de stents o desviadores implantados para controlar el flujo sanguíneo en los vasos afectados por los aneurismas.

Para reducir los costos y acelerar la fabricación, la fabricación de los sensores estirables utiliza la impresión 3D de chorro de aerosol para crear trazas de plata conductoras en sustratos elastoméricos.

La técnica de fabricación aditiva 3D permite la producción de características electrónicas muy pequeñas en un solo paso, sin usar los procesos tradicionales de litografía de varios pasos en una sala limpia.

Se cree que el dispositivo es la primera demostración de impresión 3D con chorro de aerosol para producir un sistema de detección implantable y extensible para monitoreo inalámbrico.

“La belleza de nuestro sensor es que puede integrarse perfectamente en los stents médicos existentes o en los desviadores de flujo que los médicos ya están utilizando para tratar los aneurismas”, dijo Woon-Hong Yeo, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff de Georgia Tech. y el Departamento de Ingeniería Biomédica Wallace H. Coulter en Georgia Tech y Emory University.

“Podríamos usarlo para medir el flujo sanguíneo entrante al saco del aneurisma para determinar qué tan bien está curando el aneurisma y alertar a los médicos si cambia el flujo sanguíneo”.

Insertado usando un sistema de catéter, el sensor usaría un acoplamiento inductivo de señales para permitir la detección inalámbrica de la hemodinámica biomimética del aneurisma cerebral.

Monitorear el progreso de los aneurismas cerebrales ahora requiere imágenes de angiografía repetidas utilizando materiales de contraste que pueden tener efectos secundarios dañinos.

Debido al costo y los posibles efectos negativos, el uso de la técnica de imagen debe ser limitado.

Sin embargo, un sensor colocado en un vaso sanguíneo podría permitir evaluaciones más frecuentes sin el uso de tintes de imagen.

“Para los pacientes que se han sometido a un procedimiento, podríamos saber si el aneurisma se está ocluyendo como debería sin usar ninguna herramienta de imagen”, dijo Yeo.

“Podremos medir con precisión el flujo sanguíneo para detectar cambios tan pequeños como 0.05 metros por segundo”.

El sensor de seis capas está fabricado con poliimida biocompatible, dos capas separadas de un patrón de malla producido a partir de nanopartículas de plata, un material dieléctrico y un material de encapsulación de polímero blando.

El sensor estaría envuelto alrededor del stent o desviador de flujo, que debe tener menos de dos o tres milímetros de diámetro para encajar en los vasos sanguíneos.

El sensor incluye una bobina para recoger la energía electromagnética transmitida desde otra bobina ubicada fuera del cuerpo.

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La sangre que fluye a través del sensor implantado cambia su capacitancia, lo que altera las señales que pasan a través del sensor en su camino hacia una tercera bobina ubicada fuera del cuerpo.

En el laboratorio, Yeo y sus colaboradores han medido los cambios de capacitancia a seis centímetros de un sensor implantado en la carne para simular el tejido cerebral.

“La velocidad de flujo se correlaciona muy bien con el cambio de capacitancia que podemos medir”, dijo Yeo.

“Hemos hecho que el sensor sea muy delgado y deformable para que pueda responder a pequeños cambios en el flujo sanguíneo”.

El uso de la técnica de impresión 3D de chorro de aerosol fue esencial para producir la electrónica elástica y flexible necesaria para el sensor.

La técnica utiliza un aerosol de partículas para crear patrones, permitiendo tamaños de características más estrechos que la impresión de inyección de tinta convencional.

“Podemos controlar la velocidad de impresión, el ancho de impresión y la cantidad de material que se inyecta”, dijo Yeo.

“Los parámetros se pueden optimizar para cada material, y podemos usar materiales que tengan una amplia gama de viscosidades”.

Debido a que el sensor puede fabricarse en un solo paso sin costosas instalaciones de sala limpia, podría fabricarse en mayor volumen a menor costo.

La siguiente fase del sensor de aneurisma podrá medir la presión sanguínea en el vaso junto con las tasas de flujo.

“Podremos medir cómo la presión contribuye al cambio de flujo”, explicó Yeo.

“Eso permitiría utilizar el dispositivo para otras aplicaciones, como mediciones de presión intracraneal”.

El equipo de investigación de Yeo también ha desarrollado un monitor de salud flexible y portátil capaz de proporcionar ECG y otra información.

Él dice que el éxito de la técnica de monitoreo demuestra el potencial de la electrónica blanda inalámbrica inteligente y conectada basada en nanomateriales, mecánica extensible y algoritmos de aprendizaje automático.

“Estamos entusiasmados de que la gente ahora esté reconociendo el potencial de esta tecnología”, agregó Yeo.

“Hay muchas oportunidades para integrar este mecanismo de detección en membranas ultrafinas que se pueden implantar en el cuerpo”.

Fuente: Noticias de la Ciencia