211service.com
Slimme hechtingen die infecties detecteren
Chirurgische hechtingen zijn niet langer hersenloze draden. Onderzoekers hebben ze nu bedekt met sensoren die wonden kunnen volgen en genezing kunnen versnellen.
De elektronische hechtingen, die ultradunne siliciumsensoren bevatten die zijn geïntegreerd op polymeer- of zijden strips, kunnen door naalden worden geregen, en in dierproeven konden onderzoekers ze door de huid rijgen, strak trekken en knopen zonder de apparaten te beschadigen.
De hechtingen kunnen de temperatuur nauwkeurig meten - verhoogde temperaturen duiden op een infectie - en leveren warmte aan een wond, waarvan bekend is dat het de genezing bevordert. En John Rogers , hoogleraar materiaalkunde en techniek aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign en uitvinder van de slimme hechtingen, stelt zich voor dat ze ook beladen kunnen zijn met apparaten die elektrische stimulatie bieden om wonden te genezen. Uiteindelijk zou de meeste waarde zijn wanneer je er op een geprogrammeerde manier medicijnen uit kunt halen, zegt hij. De onderzoekers konden dat doen door de elektronische draden te coaten met met medicijnen doordrenkte polymeren, die de chemicaliën zouden vrijgeven wanneer ze worden geactiveerd door hitte of een elektrische puls.
De slimme hechtingen, online gerapporteerd in het tijdschrift Klein , vertrouw op op siliconen gebaseerde apparaten die buigen en uitrekken. Rogers en zijn collega's maken de apparaten met siliconenmembranen en gouden elektroden en draden die slechts een paar honderd nanometer dik zijn en een serpentijnpatroon hebben. De technologie, die ze ook hebben gebruikt in opblaasbare katheters en medische tatoeages (zie Stick-On Electronic Tattoos ), wordt gecommercialiseerd door MC10, een in Cambridge, Massachusetts gevestigde startup die Rogers mede heeft opgericht (zie Making Stretchable Electronics).
De onderzoekers snijden eerst met chemicaliën een ultradun laagje silicium van een siliciumwafeltje af. Met een rubberen stempel stijgen ze op en brengen de nanomembranen over naar polymeer- of zijden strips. Vervolgens leggen ze metalen elektroden en draden erop en kapselen het hele apparaat in een epoxycoating.
Ze hebben twee soorten temperatuursensoren op de hechtingen gebouwd. Een daarvan is een siliciumdiode die zijn huidige output met de temperatuur verschuift; de andere, een platina-nanomembraanweerstand, verandert zijn weerstand met de temperatuur. De microverwarmers zijn daarentegen gewoon gouden filamenten die opwarmen als er stroom doorheen gaat.
Alle materialen die in de apparaten worden gebruikt, zijn veilig voor gebruik in het lichaam, en de grootste uitdaging was om de hechtingen flexibel te maken, zegt Rogers. Silicium is broos, dus het was de sleutel tot elasticiteit om de nanomembranen zo dun mogelijk te maken en ze in een kronkelend patroon te leggen. Het plaatsen van het silicium halverwege tussen de bovenste epoxy- en onderste polymeeroppervlakken van de hechtdraad is ook cruciaal. Als je de hele constructie buigt, staat het bovenoppervlak onder spanning en de onderkant onder druk, maar in het midden zijn de spanningen erg klein, zegt hij.
De onderzoekers hebben de mechanische flexibiliteit en taaiheid van de hechtingen getest op incisies in de huid van ratten, maar ze hebben de temperatuurwaarneming en verwarmingsmogelijkheden bij dieren nog niet getest. Ze werken er ook aan om de apparaten draadloos te maken.