Биоразлагаемый биосенсор
Датчики, контролирующие состояние пациента во время и после медицинских процедур, могут быть дорогими, неудобными и даже опасными. Международная группа исследователей разработала высокочувствительный гибкий газовый сенсор, который можно имплантировать в организм. По окончании работы он безопасно разлагается на материалы, которые поглощаются организмом.
В ходе исследования группа из Университета Пенсильвании, Корейского института науки и техники и Кембриджского университета сообщила, что новый гибкий имплантируемый сенсоо способен определять различные формы оксида азота (NO) и диоксида азота (NO2) в организме.
Оксид азота, который естественным образом вырабатывается в организме человека, играет важную роль, поскольку он участвует в расслаблении стенок кровеносных сосудов, чтобы усилить кровоток, позволяя кислороду и питательным веществам свободно циркулировать по телу. С другой стороны, воздействие диоксида азота из окружающей среды связано с прогрессированием таких состояний, как хроническая обструктивная болезнь легких. Оксид азота обладает высокой реакционной способностью и может превращаться в диоксид азота при контакте с кислородом.
Новый сенсор сделан из материалов, которые не только безопасно имплантируются, гибки и растягиваются, но и биоразлагаемы. Это очень важно, так как имплантируемые устройства необходимо как-то удалить, и безопасное саморазрушение позволит избежать дополнительного оперативного вмешательства.
Для чего нужен имплантируемый датчик? Например, во время операции на сердце, когда монитора вне тела может быть недостаточно и есть необходимость контролировать уровень газа на поверхности сердца или других внутренних органах. Имплантируемый газовый датчик способен измерить необходимые показатели, а если пациент больше не нуждается в нем, то устройство разлагается на составные вещества, которые усваиваются организмом.
Компоненты сенсора биоразлагаемы в воде или жидкостях организма, но достаточно устойчивы, чтобы собирать информацию об уровне различных газов. Элементы, проводящие электричество, сделаны из магния, а в качестве функциональных материалов был использован кремний, который очень чувствителен к оксиду азота.
Таким образом, все материалы, используемые в устройстве, безопасны для человека. Дополнительным преимуществом конструкции является то, что материалы растворяются медленно, что позволяет сенсору функционировать в организме длительное время, достаточное, например, для восстановления пациента после операции.
Для создания датчика, способного улавливать даже незначительные колебания концентрации газов, исследователи использовали вычислительные ресурсы суперкомпьютера ICDS Roar. Сенсор был протестирован в условиях высокой влажности и в водных растворах, что доказывает его стабильность в условиях живого организма.
В основе работы сенсора лежит измерение сопротивления, которое может изменяться в зависимости от поглощения газа. Но оно также может изменяться из-за деформации; если использовать датчики, определяющие контентрацию на поверхности кожи, растяжение и деформация вызовут изменение сопротивления, и понять, является ли оно результатом воздействия определяемого газа или окружающей среды, будет невозможно.
Исследователи говорят, что их силы будут направлены на разработку интегрированных систем, которые смогут отслеживать другие функции организма на предмет здорового старения и наличия различных заболеваний.
Статья G.-J.Ko et al. Biodegradable, flexible silicon nanomembrane-based NOx gas sensor system with record-high performance for transient environmental monitors and medical implants опубликована в журнале NPG Asia Materials.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Penn State: Implantable sensor could measure bodily functions - and then safely biodegrade.