Имплантат, созданный по образцу оригами, может под кожей отслеживать состояние здоровья

Кожа — самый большой орган человеческого тела. Она представляет собой защитный щит, который не пропускает вредные патогены и удерживает жизненно важные жидкости внутри. Именно эти свойства делают разработку носимых медицинских датчиков сложной инженерной задачей, поскольку многие внутренние химические сигналы не могут легко проходить сквозь неё.

Имплантаты, такие как системы непрерывного мониторинга уровня глюкозы или кохлеарные имплантаты, позволяют обойти эту проблему, но они часто громоздки, работают от батареек или требуют инвазивной хирургической операции. Более компактные беспроводные устройства без батареек также имеют недостатки, включая более слабую связь и снижение производительности датчиков из-за ограниченной площади поверхности.

Разработанный исследователями из Имперского колледжа Лондона и Университета Южной Калифорнии биоэлектронный имплантат MiFi (Minimally Invasive Foldable bioelectronic implant) предназначен для преодоления этих ограничений. Это крошечный имплантат, созданный по образцу оригами, достаточно маленький для установки без серьезной хирургической операции, но достаточно большой, чтобы вместить компоненты беспроводной передачи энергии и множество датчиков. Подробности об устройстве и его разработке опубликованы в статье в журнале Advanced Materials .

Изготовленный из гибких полиимидных материалов, MiFi имеет конструкцию в виде гармошки, которую можно сложить в гораздо меньшую форму для имплантации. После имплантации он автоматически разворачивается обратно в свою плоскую форму.

«Идеальное имплантируемое биоэлектронное сенсорное устройство (IBSD) должно иметь временную геометрию: имплантат должен быть как можно меньше во время имплантации, чтобы уменьшить инвазивность, и большим, когда это необходимо после имплантации», — пишут исследователи.

В развернутом виде устройство представляет собой квадрат размером 2,1 на 2,1 см и толщиной всего 0,3 мм. Вместо громоздких батарей оно использует технологию ближней бесконтактной связи (NFC) для сбора энергии и передачи данных на находящееся рядом считывающее устройство. Тесты с использованием модели, изготовленной из свиной кожи, показали, что система может передавать данные на расстояние более 20 миллиметров. Для демонстрации технологии на живых тканях исследователи имплантировали MiFi под кожу наркотизированных крыс, а также провели эксперименты с использованием образцов тканей.

Команда разработала версии устройства, способные измерять частоту сердечных сокращений и дыхания, а также температуру, кислотность тканей и уровень лития. Датчик лития может отслеживать ионы лития в жидкости, окружающей клетки, демонстрируя, как MiFi потенциально может контролировать действие таких лекарств, как литий, который имеет узкий безопасный диапазон и может стать токсичным в высоких концентрациях.

В конечном итоге это позволит врачам отслеживать важные изменения внутри организма, не прибегая к повторным анализам крови. Кроме того, устройство сможет передавать данные по беспроводной связи через близлежащие ткани, используя ту же технологию ближнего действия, что и в бесконтактных платежах.

Хотя эти испытания на животных и образцах тканей показывают, что технология может работать внутри и вокруг живых тканей, прежде чем можно будет начать испытания на людях, предстоит еще много работы.

«В конечном итоге, наш подход может обеспечить многоканальный мониторинг с использованием быстрых и бесшовных процедур установки, что может дать уникальное преимущество при переходе к персонализированному здравоохранению», — заявили авторы.

Игорь НАУМОВ