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Sensor biodegradable para monitorear la salud ...
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Sensor biodegradable para monitorear la salud ...

El sensor biodegradable podría ayudar a los médicos a controlar enfermedades graves.

Este sensor de presión piezoeléctrico biodegradable desarrollado por el Nguyen Research Group de la Universidad de Connecticut podría ser utilizado por médicos para controlar la enfermedad pulmonar crónica, la inflamación del cerebro y otras afecciones médicas antes de disolverse de forma segura en el cuerpo de un paciente.
Crédito: Thanh Duc Nguyen.

Los ingenieros de UConn han creado un sensor de presión biodegradable que podría ayudar a los médicos a controlar la enfermedad pulmonar crónica, la inflamación del cerebro y otras afecciones médicas antes de disolverse inofensivamente en el cuerpo de un paciente.

La investigación de UConn se presenta en la edición en línea actual de las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

El sensor pequeño y flexible está hecho de materiales médicamente seguros ya aprobados por la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. Para su uso en suturas quirúrgicas, injertos óseos e implantes médicos. Está diseñado para reemplazar los sensores de presión implantables existentes que tienen componentes potencialmente tóxicos.

Esos sensores deben eliminarse después del uso, sometiendo a los pacientes a un procedimiento invasivo adicional, extendiendo su tiempo de recuperación y aumentando el riesgo de infección.

Debido a que el sensor UConn emite una pequeña carga eléctrica cuando se aplica presión contra él, el dispositivo también podría utilizarse para proporcionar estimulación eléctrica para la regeneración de tejidos, dicen los investigadores. Otras posibles aplicaciones incluyen el control de pacientes con glaucoma, enfermedades cardíacas y cáncer de vejiga.

"Estamos muy entusiasmados porque es la primera vez que se usan estos materiales biocompatibles de esta manera", dice Thanh Duc Nguyen, autor principal del artículo y profesor asistente de ingeniería mecánica y biomédica en el Instituto de Ingeniería Regenerativa de UConn Health y el Instituto de Ciencia de los Materiales en el campus de Storrs.

"Los sensores médicos a menudo se implantan directamente en tejidos blandos y órganos", señala Nguyen. "Sacarlos puede causar daños adicionales. Sabíamos que si pudiéramos desarrollar un sensor que no requiriera cirugía para extraerlo, eso sería realmente significativo".

Un sensor prototipo fabricado por el laboratorio consistía en una delgada película de polímero de cinco milímetros de largo, cinco milímetros de ancho y 200 micrómetros de grosor. El sensor se implantó en el abdomen de un ratón para controlar la frecuencia respiratoria del ratón. Emitió lecturas fiables de contracciones en el diafragma del ratón durante cuatro días antes de descomponer sus componentes orgánicos individuales.

Para asegurarse de que el sensor también fuera médicamente seguro, los investigadores lo implantaron en la parte posterior de un mouse y luego observaron la respuesta del sistema inmune del ratón. Los resultados mostraron una inflamación menor después de que se insertó el sensor, y el tejido circundante volvió a la normalidad después de cuatro semanas.

Uno de los mayores desafíos del proyecto fue obtener material biodegradable para producir una carga eléctrica cuando se sometía a presión o compresión, un proceso conocido como efecto piezoeléctrico. En su estado habitual, el polímero médicamente seguro utilizado para el sensor, un producto conocido como Poli (L-láctido) o PLLA, es neutral y no emite una carga eléctrica bajo presión.

Eli Curry, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Nguyen y autor principal del documento, proporcionó el avance clave del proyecto cuando transformó con éxito el PLLA en un material piezoeléctrico calentándolo con cuidado, estirándolo y cortándolo justo en el ángulo correcto para que su interior la estructura molecular fue alterada y adoptó propiedades piezoeléctricas. Luego, Curry conectó el sensor a los circuitos electrónicos para poder probar las capacidades de detección de fuerza del material.

Cuando se junta, el sensor UConn está hecho de dos capas de película PLLA piezoeléctrica intercaladas entre pequeños electrodos de molibdeno y luego encapsuladas con capas de ácido poliláctico o PLA, un producto biodegradable comúnmente utilizado para tornillos óseos y andamios de tejido. El molibdeno se usa para stents cardiovasculares e implantes de cadera.

La película PLLA piezoeléctrica emite una pequeña carga eléctrica cuando incluso la presión más pequeña se aplica contra ella. Esas pequeñas señales eléctricas se pueden capturar y transmitir a otro dispositivo para que el médico las revise.

Como parte de su prueba de prueba de concepto para el nuevo sensor, el equipo de investigación conectó un sensor implantado a un amplificador de señal colocado fuera del cuerpo de un ratón. El amplificador luego transmitió las señales eléctricas mejoradas a un osciloscopio donde las lecturas del sensor podían verse fácilmente.

Las lecturas del sensor durante la prueba fueron iguales a las de los dispositivos comerciales existentes y tan confiables, dicen los investigadores. El nuevo sensor es capaz de capturar una amplia gama de presiones fisiológicas, como las que se encuentran en el cerebro, detrás del ojo y en el abdomen. La sensibilidad del sensor se puede ajustar cambiando la cantidad de capas de PLLA utilizadas y otros factores.

El grupo de Nguyen está investigando formas de extender la vida útil funcional del sensor. El objetivo final del laboratorio es desarrollar un sistema sensor que sea completamente biodegradable dentro del cuerpo humano.

Pero hasta entonces, el nuevo sensor se puede utilizar en su forma actual para ayudar a los pacientes a evitar la cirugía de extracción invasiva, dicen los investigadores.

"Hay muchas aplicaciones para este sensor", dice Nguyen. "Digamos que el sensor se implanta en el cerebro. Podemos usar cables biodegradables y colocar los componentes electrónicos no degradables que los acompañan lejos del delicado tejido cerebral, como debajo de la piel detrás de la oreja, similar a un implante coclear. solo requiere un tratamiento menor para eliminar los componentes electrónicos sin preocuparse de que el sensor esté en contacto directo con el tejido cerebral blando ".

El grupo de investigación de Nguyen ha solicitado una patente para el nuevo sensor. La solicitud de patente está pendiente.


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