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Microdevices complessi che possono essere impiantati sicuro

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Le applicazioni comprendono un sistema della droga consegna per fornire le dosi di farmaco adattate per la medicina di precisione, i cateteri, gli stent, gli stimolatore cardiaci cardiaci e il microbotics morbido

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I ricercatori di ingegneria di Colombia hanno inventato una tecnica per la fabbricazione dei microdevices complessi con tridimensionale, liberamente parti mobili fatte dai biomateriali che possono essere impiantati sicuro nel corpo. Le applicazioni potenziali comprendono un sistema della droga consegna per fornire le dosi di farmaco adattate per la medicina di precisione, i cateteri, gli stent, gli stimolatore cardiaci cardiaci e il microbotics morbido.

La maggior parte dei microdevices impiantabili correnti hanno componenti statiche piuttosto che le parti mobili e, perché richiedono le batterie o l'altra elettronica tossica, essi hanno limitato la biocompatibilità.

La nuova tecnica impila un materiale biocompatibile molle dell'idrogel negli strati, facendo uso di un metodo di fabbricazione che veloce i ricercatori chiamano «i sistemi microelectromechanical impiantabili» (iMEMS).

sistema di droga consegna del iMEMS. Il delivery system del carico utile è stato collaudato in un modello del topo del cancro alle ossa, trovante che l'avviamento dei rilasci di doxorubicina dal dispositivo oltre i 10 giorni ha mostrato l'alta efficacia del trattamento e la bassa tossicità, al 1/10th della dose sistemica standard della chemioterapia. Il dispositivo contiene le componenti nanoparticella-verniciate ferro, che rispondono all'attuazione magnetica esterna. Attuazione del rilascio di inneschi del dispositivo dei carichi utili dai bacini idrici. (credito: Sau Yin Chin et al./robotica di scienza)

«La nostra piattaforma del iMEMS permette allo sviluppo dei microdevices impiantabili biocompatibili con una vasta gamma di componenti commoventi complesse che possono senza fili essere controllate a richiesta e risolve le emissioni del dispositivo che alimentano e biocompatibilità,» dice il professor d'organizzazione biomedico Sam Sia, autore senior di una carta di aperto Access ha pubblicato il 4 gennaio 2017 online, in robotica di scienza).

I ricercatori potevano avviare il dispositivo del iMEMS per liberare i carichi utili durante i giorni alle settimane dopo impianto, con l'attuazione precisa usando le forze magnetiche per indurre i movimenti dell'ingranaggio che, a loro volta, piegano i fasci strutturali fatti degli idrogel con le proprietà altamente musicali. (Le particelle magnetiche del ferro sono comunemente usate e sono approvate dalla FDA per uso umano come agenti di contrasto.)

Apparecchi medici o sensori impiantabili senza batteria

La tecnica del iMEMS di Sia indirizza parecchi microdevices, micromachines e microrobots biocompatibili in costruzione delle edizioni: come alimentare i piccoli dispositivi robot senza per mezzo delle batterie tossiche; come rimpicciolire, componenti biocompatibili e mobili che non sono silicio, che abbia limitato la biocompatibilità; e come comunicare impiantato senza fili una volta (le microelettroniche di radiofrequenza richiedono il potere, sono relativamente grandi e non sono biocompatibili).

I ricercatori hanno sviluppato liberamente «un meccanismo di bloccaggio» per l'attuazione ed il movimento precisi delle parti mobili, che possono funzionare come le valvole, i collettori, i rotori, le pompe e delivery system della droga. Potevano sintonizzare i biomateriali all'interno di una vasta gamma di proprietà meccaniche e di diffusione e controllarle dopo impianto senza un'alimentazione elettrica continua, quale una batteria tossica.

«Possiamo rimpicciolire i dispositivi, i sensori, o i robot impiantabili che possiamo parlare con senza fili. Il nostro sistema del iMEMS potrebbe portare il campo che un punto più vicino a sviluppare i robot miniaturizzati molli che possono interagire sicuro con gli esseri umani ed altri sistemi viventi,» ha detto Sia.

Il gruppo ha messo a punto un delivery system della droga e lo ha sperimentato sui topi con cancro alle ossa. Il sistema del iMEMS ha consegnato la chemioterapia adiacente al cancro e la crescita limitata del tumore mentre mostrava la meno tossicità che con la chemioterapia amministrata in tutto il corpo.

Lo studio è stato sostenuto dal National Science Foundation, da NIH e dall'agenzia per scienza, la tecnologia e la ricerca (Singapore).

* il gruppo ha usato la luce per polimerizzare gli strati del gel ed ha compreso una meccanizzazione passo passo per controllare l'z-asse e modellare gli strati metta a strati dallo strato, dante loro la tre-dimensionalità. Il controllo dell'z-asse ha permesso ai ricercatori di creare le strutture composite all'interno di uno strato dell'idrogel mentre dirigeva lo spessore di ogni strato in tutto il processo di montaggio. Potevano impilare gli strati multipli che sono stati allineati precisamente e, perché potrebbero polimerizzare uno strato per volta, uno subito dopo l'altro, la struttura complessa sono stati costruiti in sotto 30 minuti.

«Gli idrogel sono difficili da lavorare con, poichè sono molli e non compatibili con le tecniche lavoranti tradizionali,» dice Sau Yin Chin, autore principale dello studio, che ha lavorato con Sia. «Abbiamo sintonizzato le proprietà meccaniche e con attenzione abbiamo abbinato la rigidezza delle strutture che si contattano all'interno del dispositivo. Ingranaggi che collegano devono essere rigidi per tenere conto la trasmissione della forza e resistere all'attuazione ripetuta. Per contro, le strutture che formano i meccanismi di bloccaggio devono essere molli e flessibili tenere conto gli ingranaggi slittare da loro durante l'attuazione, mentre allo stesso tempo devono essere abbastanza rigide tenere gli ingranaggi sul posto quando il dispositivo non è attivato. Inoltre abbiamo studiato le proprietà di diffusione degli idrogel per assicurarci che le droghe caricate non si diffondessero facilmente con gli strati dell'idrogel.»

Estratto di fabbricazione additiva dei materiali basati a idrogel per gli apparecchi medici impiantabili di prossima generazione

I microdevices impiantabili hanno spesso componenti statiche piuttosto che le parti mobili e la biocompatibilità limitata della mostra. Questa carta dimostra un metodo di fabbricazione veloce che può produrre le caratteristiche in materiali biocompatibili giù ai dieci dei micrometri in scala, con i modelli complessi e compositi in ogni strato. Sfruttando le proprietà meccaniche uniche degli idrogel, abbiamo sviluppato liberamente «un meccanismo di bloccaggio» per l'attuazione ed il movimento precisi delle parti mobili, che possono svolgere le funzioni quali le valvole, i collettori, i rotori, le pompe e la consegna dei carichi utili. Le componenti dell'idrogel hanno potuto essere sintonizzate all'interno di una vasta gamma di proprietà meccaniche e di diffusione e possono essere controllate dopo impianto senza un'alimentazione elettrica continua. In un modello del topo di osteosarcoma, l'avviamento del rilascio di doxorubicina dal dispositivo oltre i 10 giorni ha mostrato l'alta efficacia del trattamento e la bassa tossicità, a 1/10 della dose sistemica standard della chemioterapia. In generale, questa piattaforma, chiamata sistemi microelectromechanical impiantabili (iMEMS), permette allo sviluppo dei microdevices impiantabili biocompatibili con una vasta gamma di componenti commoventi complesse che possono senza fili essere controllate a richiesta, in un modo che risolve le emissioni della potenza e della biocompatibilità del dispositivo.