Инновации в области медицинских технологий, достигнутые за счет интеграции науки и медицины, улучшили качество жизни пациентов. Особого внимания заслуживает появление электронных устройств, имплантированных в тело, например, в сердце или мозг, которые позволяют измерять и регулировать физиологические сигналы в режиме реального времени, предлагая новые решения для таких сложных состояний, как болезнь Паркинсона. Однако технические ограничения препятствовали полупостоянному использованию электронных устройств после их имплантации.
Совместная исследовательская группа под руководством профессора Сунг-Мин Пака из факультетов конвергентной ИТ-инженерии, машиностроения и электротехники, а также Школы междисциплинарных биологических наук и биоинженерии POSTECH вместе с Джихо Ли поступила на степень магистра / доктора философии. программа, а также профессор Сан-Ву Ким с факультета материаловедения и инженерии Университета Ёнсей вместе с доктором Ён-Джун Кимом и магистром/доктором философии. студент Джун-Ха Хван из Университета Сунгюнкван добился революционного развития. Они создали электростатические материалы, которые функционируют даже при чрезвычайно слабом ультразвуке, предвещая эру постоянных имплантируемых электронных устройств в биомедицине. Исследование опубликовано в международном академическом журнале Advanced Materials .
Пациентам с имплантированными устройствами необходимо периодически проходить операции по замене батареи. Этот процесс несет в себе значительный риск осложнений и налагает как экономическое, так и физическое бремя на пациентов. Недавние исследования посвящены имплантируемым медицинским устройствам, которые работают без проводов, однако поиск безопасного источника энергии и защитных материалов остается сложной задачей. В настоящее время титан (Ti) используется из-за его биосовместимости и долговечности. Однако радиоволны не могут пройти через этот металл, поэтому для беспроводной передачи энергии требуется отдельная антенна. Следовательно, это увеличивает размер устройства, создавая больший дискомфорт для пациентов.
Исследовательская группа решает эту проблему, отдавая предпочтение ультразвуку, безопасному методу диагностики и лечения, проверенному в различных областях медицины, вместо радиоволн. Они разработали электростатический материал, способный реагировать на слабый ультразвук, используя композит полимеров с высокой диэлектрической проницаемостью (P(VDF-TrFE)) и керамического материала с высокой диэлектрической постоянной, известного как титанат меди-кальция (CCTO, CaCu 3 Ti 4 O 12 ). Этот материал генерирует статическое электричество за счет трения между слоями материала, производя эффективную электрическую энергию, и обладает чрезвычайно низким выходным сопротивлением, что способствует эффективной передаче генерируемого электричества.
Используя эту технологию, исследовательская группа создала имплантируемый неврологический стимулятор, работающий на основе ультразвуковой передачи энергии, что устраняет необходимость в батареях. Это было подтверждено экспериментальной проверкой. В испытаниях на животных моделях устройство активировалось даже при стандартных уровнях ультразвуковой визуализации (500 мВт/см 2 ), оказывая минимальную нагрузку на организм человека. Кроме того, он эффективно смягчал симптомы, связанные с ненормальным мочеиспусканием, вызванным гиперактивным мочевым пузырем, посредством стимуляции нервов.
Профессор Пак Сунг-Мин заявил: «Мы решили проблемы в области имплантируемых медицинских устройств, используя технологию передачи энергии на основе ультразвука, которая безвредна для человеческого организма. Это исследование служит примером внедрения передовых технологий материалов в медицинские устройства». и мы ожидаем, что это будет способствовать появлению медицинской промышленности следующего поколения, включая лечение трудноизлечимых заболеваний с использованием имплантируемых устройств».
Профессор Санг-Ву Ким отметил: «Устройства, изготовленные на основе высокобиосовместимых материалов, демонстрируют превосходную механическую и химическую стабильность, что делает их пригодными для лечения различных заболеваний, требующих длительной терапии. Ожидается, что небатарейные миниатюрные компоненты с установленной долгосрочной стабильностью будут создать новые инновации на рынке медицинских устройств, вставляемых человеком».
Исследование проводилось при поддержке Программы научных лидеров, Пионерской программы будущих технологий и Программы развития био и медицинских технологий Национального исследовательского фонда Кореи и Министерства науки и информационных технологий, а также стипендии Йонсей.
Особого внимания заслуживает появление электронных устройств, имплантированных в тело, например, в сердце или мозг, которые позволяют измерять и регулировать физиологические сигналы в режиме реального времени, предлагая новые решения для таких сложных состояний, как болезнь Паркинсона
