Η μακροχρόνια παρακολούθηση της ασθενούς ηλεκτρικής δραστηριότητας της καρδιάς και του εγκεφάλου αποτελεί κομβικό στοιχείο για τη διάγνωση και τη θεραπεία σοβαρών παθήσεων. Στο πλαίσιο των σύγχρονων ιατρικών εφαρμογών, οι παραδοσιακές συσκευές βασίζονται συχνά σε δύσκαμπτα υλικά που ενδέχεται να προκαλέσουν τραυματισμούς στους ιστούς. Μια νέα τεχνολογική προσέγγιση υπόσχεται τώρα να αλλάξει τα δεδομένα στη βιοϊατρική παρακολούθηση, προσφέροντας μια ελάχιστα επεμβατική λύση. Ερευνητική ομάδα από τη Σχολή Βιοϊατρικής Μηχανικής του UNSW ανέπτυξε ένα πλήρως εύκαμπτο «οπτρόδιο», έναν οπτικό αισθητήρα που μετατρέπει τα ηλεκτρικά σήματα του οργανισμού απευθείας σε σήματα φωτός.
- Ο αισθητήρας μιμείται τη μαλακή υφή των ανθρώπινων ιστών και διατηρεί τη λειτουργικότητά του ακόμη και μετά από 10.000 κάμψεις.
- Επιτυγχάνει ποσοστό βιωσιμότητας 98,4% στις κυτταρικές καλλιέργειες, χωρίς ενδείξεις τοξικότητας.
- Μπορεί να σμικρυνθεί σε μέγεθος λίγων δεκάδων μικρών χωρίς να χάνει την ποιότητα του σήματος από ηλεκτρικές παρεμβολές.
Καινοτόμος σχεδιασμός με υγρούς κρυστάλλους
Οι συμβατικές βιοηλεκτρονικές εμφυτεύσιμες συσκευές κατασκευάζονται συνήθως από σκληρό πυρίτιο και μέταλλα. Επειδή τα εσωτερικά όργανα είναι μαλακά και κινούνται συνεχώς, η μηχανική αυτή ασυμβατότητα προκαλεί συχνά ουλώδη ιστό ή ακόμα και απόρριψη του εμφυτεύματος. Επιπλέον, τα μεταλλικά σύρματα ενδέχεται να σπάσουν ή να συλλέξουν ηλεκτρικό θόρυβο από το περιβάλλον, υποβαθμίζοντας την ποιότητα των δεδομένων.
Η νέα τεχνολογία αντικαθιστά τα δύσκαμπτα εξαρτήματα με υψηλής απόδοσης εύκαμπτα πολυμερή, ενώ στο ενδιάμεσο στρώμα ενσωματώνει εξαιρετικά ευαίσθητους υγρούς κρυστάλλους.
Το εξειδικευμένο αγώγιμο πολυμερές παραμένει λειτουργικό ακόμα και μετά από 10.000 κάμψεις. Οι υγροί κρύσταλλοι προσανατολίζουν τη γωνία τους ανάλογα με το πλάτος του ηλεκτρικού σήματος, επιτρέποντας τη μέτρηση σημάτων επιπέδου υπο-millivolt —παρόμοιων με αυτά που παράγουν ο εγκέφαλος και η καρδιά— και τη μετατροπή τους σε ποσοτικοποιήσιμες οπτικές εξόδους. Παράλληλα, η συσκευή μπορεί να σμικρυνθεί σε μέγεθος δεκάδων μικρών, δηλαδή περίπου στο μισό πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας, χωρίς την ανάγκη ογκωδών ενισχυτών που παράγουν θερμότητα.
Υψηλή βιοσυμβατότητα και μελλοντικές εφαρμογές
Στις εργαστηριακές δοκιμές σε κυτταρικές καλλιέργειες (in vitro), το οπτρόδιο επέδειξε ποσοστό βιωσιμότητας 98,4%, επιβεβαιώνοντας ότι δεν επηρεάζει την ανάπτυξη των κυττάρων ούτε προκαλεί τοξικότητα σε σύγκριση με τα παραδοσιακά υποστρώματα πυριτίου. Τα ευρήματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό npj Flexible Electronics, με πρώτο συγγραφέα τη Δρ. Reem Almasri.
Αν και η τεχνολογία έχει δοκιμαστεί μέχρι στιγμής σε ζώα, η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει περαιτέρω δοκιμές in vivo για τη βελτίωση της διακριτικής ικανότητας του σήματος.
Παράλληλα, η ερευνητική ομάδα προωθεί την εμπορική αξιοποίηση της πατέντας μέσω της εταιρείας τεχνοβλαστού Sevren Pty Ltd, την οποία ίδρυσαν οι καθηγητές Nigel Lovell και Francois Ladouceur. Στους μελλοντικούς στόχους περιλαμβάνεται η διεύρυνση του εύρους ζώνης πάνω από τα 10 kilohertz για την καταγραφή της πυροδότησης μεμονωμένων νευρώνων, καθώς και η προσαρμογή του αισθητήρα για την παρακολούθηση του εντέρου, των μυών ή ακόμα και μεμονωμένων κυττάρων.
Πώς πιστεύετε ότι θα επηρεάσει η ανάπτυξη τέτοιων εύκαμπτων βιοαισθητήρων τη μελλοντική διάγνωση και παρακολούθηση σοβαρών παθήσεων;
