Команда исследователей под руководством профессора биомедицинской инженерии Сэма Сиа из Колумбийского университета в США разработала способ изготовления из биоматериалов микромашин, которые могут быть имплантированы в человеческое тело.
Работая с гидрогелями, которые являются биосовместимыми материалами, изучаемыми уже на протяжении десятилетий, Сиа изобрел новую методику, которая позволяет слоями укладывать мягкий материал для создания объемных устройств, которые имеют свободно движущиеся части. Этот метод назвали имплантируемыми микро электромеханическими системами (iMEMS).
За счет использования уникальных механических свойств гидрогелей, исследователи разработали «механизм блокировки» для четкого включения и передвижение свободно движущихся частей, которые могут функционировать как клапаны, трубопроводы, роторы, насосы и системы доставки лекарств. Им удалось в широком диапазоне настраивать механические и диффузионные свойства биоматериалов и контролировать их после имплантации без таких постоянных источников питания, как токсичные батареи. Затем они проверили доставку полезных веществ в модель пораженной раком кости и обнаружили, что высвобождение доксорубицина из устройства через 10 дней показало высокую эффективность лечения и пониженную в десять раз токсичность, в сравнении со стандартной процедурой химиотерапии.
«В целом, наша платформа iMEMS позволяет разработать биосовместимые имплантируемые микроустройства с разнообразными сложными движущимися элементами, которые могут при необходимости управляться беспроводным способом, при этом решены проблемы биосовместимости и энергетического питания устройств, - говорит СиаБ. - Мы очень довольны, что нам удалось соединить мир биоматериалов со сложным медицинским оборудованием. Наша платформа обладает целым рядом потенциальных возможностей применения, включая системы доставки лекарственных средств, способных обеспечить точное индивидуальное дозирование».
Большинство сегодняшних имплантируемых микроустройств состоит из статических компонентов, требующих батарей или других токсичных электронных составляющих, поэтому они имеют ограниченную биосовместимость. Команда под руководством Сиа потратила более восьми лет для решения этой проблемы. «С гидрогелями трудно работать, так как они мягкие и не совместимы с традиционными методами обработки, - говорит Сау Инь Чин, ведущий автор исследования, который работал с Сиа. - Мы настраивали механические свойства и тщательно подбирали жесткость конструкций, которые соприкасаются друг с другом внутри устройства».
Методика iMEMS решает ряд фундаментальных проблем в создании биосовместимых микроприборов, микромашин и микророботов:
- как сделать систему питания для небольших роботов без использования токсичных аккумуляторов;
- как сделать маленькие биосовместимые подвижные компоненты без кремния, который имеет ограниченную биосовместимость;
- как обеспечить беспроводное управление после имплантации (радиочастотная микроэлектроника требует питания, является относительно большой и био не совместимой).
«Эти микроскопические компоненты могут быть использованы для микро электромеханических систем, для более крупных устройств, начиная от систем доставки лекарств до катетеров для кардиостимуляторов, и мягкой робототехники, - отмечает Сиа. - Наша система iMEMS может приблизить время создание мягких миниатюрных роботов, которые могут безопасно взаимодействовать с людьми и другими живыми системами».
Комментарии
(0) Добавить комментарий