В ходе исследования исследователи сообщили, что разработали гибкий и имплантируемый датчик, который может контролировать различные формы оксида азота (NO) и диоксида азота (NO2) в организме. По словам Хуанью «Ларри» Ченга, профессора по развитию карьеры Дороти Квиггл, профессора Департамента инженерных наук и механики и филиала Института инженерии Институт вычислительной техники и данных.
Например, оксид азота, который естественным образом вырабатывается в организме человека, играет важную роль для здоровья, поскольку он расслабляет или расширяет кровеносные сосуды для усиления кровотока, позволяя кислороду и питательным веществам циркулировать по телу. С другой стороны, воздействие диоксида азота из окружающей среды связано с прогрессированием таких состояний, как хроническая обструктивная болезнь легких, сказал Ченг, который также связан с Институтом исследования материалов. Оксид азота обладает высокой реакционной способностью и может превращаться в диоксид азота при воздействии кислорода.
Команда, которая сообщает о своих выводах в текущем выпуске NPG Asia Materials, доступном сейчас в Интернете, внесла изюминку в конструкцию своего сенсора, сделав его из материалов, которые не только имплантируются, гибки и растягиваются, но и биоразлагаемы.
Хотя современные устройства используются вне тела для контроля уровня газа, Ченг сказал, что они громоздки и потенциально не так точны, как имплантируемые устройства. Однако имплантируемые устройства необходимо удалить, что может означать еще одну операцию.
Исследователи исследовали конструкцию, которую не нужно снимать.
«Допустим, у вас хирургическая операция на сердце, и монитора за пределами тела может быть недостаточно для обнаружения газа», – сказал Ченг. "Было бы гораздо полезнее контролировать уровень газа на поверхности сердца или во внутренних органах. Этот газовый датчик является имплантируемым и биоразлагаемым, что является еще одним направлением исследований, над которым мы работаем.
Если пациент полностью выздоравливает после хирургической операции, он больше не нуждается в устройстве, что делает биоразлагаемые устройства полезными."
По словам исследователей, все компоненты биоразлагаемы в воде или жидкостях организма, но остаются достаточно функциональными, чтобы собирать информацию об уровнях газа.
В этом случае исследователи сделали проводники устройства – элементы, которые проводят электричество – из магния, а в качестве функциональных материалов они использовали кремний, который также очень чувствителен к оксиду азота.
Тело может безопасно впитывать все материалы, используемые в устройстве. Дополнительным преимуществом конструкции является то, что материалы растворяются достаточно медленно, что позволяет датчикам функционировать в организме во время периода выздоровления пациента.
«Кремний уникален – это строительный блок для современной электроники, и люди считают его сверхстабильным», – сказал Ченг. «Кремний также является биоразлагаемым.
Он может растворяться очень медленно, примерно от одного до двух нанометров в день, в зависимости от окружающей среды."
По словам исследователей, датчик был протестирован во влажных условиях и в водных растворах, чтобы показать, что он может стабильно работать в суровых условиях тела.
Команда использовала вычислительные ресурсы суперкомпьютера ICDS Roar для создания компьютерных симуляций, которые могут рассчитывать чрезвычайно небольшие изменения, вызванные небольшими изменениями формы или деформациями материала.
«Мы основываем измерения на сопротивлении, которое может изменяться в зависимости от поглощения газа, но оно также может изменяться из-за деформации», – сказал Ченг. «Итак, если мы деформируем датчик на поверхности кожи, это вызовет большую силу и большое изменение сопротивления, и мы не сможем понять, зависит ли производительность газа от деформации или от воздействия окружающей среды."
Исследователи говорят, что будущая работа может быть направлена на разработку интегрированных систем, которые могли бы отслеживать другие функции организма на предмет здорового старения и различных заболеваний.