19 مايو 2020 (أضواء Nanowerk) تتنوع الأجهزة الإلكترونية القابلة للزرع من أجهزة الاستشعار ، وأجهزة تنظيم ضربات القلب والمعدة ، وأجهزة تنظيم ضربات القلب ، إلى أجهزة تحفيز الدماغ والأعصاب والعظام. يتم ربط هذه الأجهزة بجسم الإنسان لاستخراج بيانات طبية دقيقة وللتدخل في وظيفة الأنسجة عن طريق توفير المحفزات الكهربائية. تمثل الغرسات طويلة الأجل تحديات هندسية محددة ، بما في ذلك انخفاض استهلاك الطاقة والأداء المستقر. علاوة على ذلك ، فإن معظم المواد الإلكترونية لديها توافق بيولوجي وخالي ضعيف ، مما يؤدي إلى تفاعلات مناعية وعدوى. في البداية ، كانت الإلكترونيات التي يمكن أن تتفاعل مع الجسم النموذجي عبارة عن أجهزة مستوية وقاسية وضخمة قائمة على رقاقة السيليكون وليست مناسبة تمامًا للتفاعل مع البيئة الناعمة والمنحنية والديناميكية التي يقدمها علم الأحياء. للتغلب على هذه المشكلات ، فإن إحدى فئات الأجهزة التي صنعها الباحثون هي حوامل جديدة نسبيًا مصغرة تشبه الإبرة في هياكل ذات نسبة عرض إلى ارتفاع عالية. يتم استخدامها لتوصيل أجهزة استشعار وأدوات تحفيز دقيقة داخل الجسم عن طريق الحقن طفيف التوغل أو الإدخال في منطقة معينة من العضو. مقارنة بين أحدث الأجهزة الإلكترونية القابلة للزرع بأشكال مختلفة. (أعيد طبعه بإذن من Wiley-VCH Verlag) (انقر على الصورة لتكبيرها) مراجعة حديثة في المواد المتقدمة ("الأجهزة الطبية الحيوية القابلة للحقن لاستشعار وتحفيز أعضاء الجسم الداخلية") يلخص أحدث التطورات في المواد والتصميمات وتقنيات التصنيع في مجال الأجهزة الطبية الحيوية القابلة للحقن ، ويسلط الضوء على التطبيقات الفريدة والعروض التوضيحية للأدوات السريرية القابلة للتطبيق التي تم تطبيقها في مختلف الأعضاء الداخلية. تعتبر الأجهزة الطبية الحيوية القابلة للحقن مجالًا سريع التطور مدفوعًا بالتطورات في تكنولوجيا أشباه الموصلات ، مما يسمح بتحويل الإلكترونيات القائمة على الرقاقة والإلكترونيات الضوئية التي يتم تصنيعها بمقاييس دقيقة ونانوية إلى أشكال ذات نسبة عرض إلى ارتفاع عالية. حتى الآن ، تم تطبيق فئات مختلفة من الأجهزة الطبية الحيوية في أشكال ذات نسبة عرض إلى ارتفاع عالية على جميع أجزاء الجسم تقريبًا. على سبيل المثال ، يستخدم التحفيز العميق للدماغ أقطابًا معدنية أو سليكونية على شكل نسبة عرض إلى ارتفاع عالية ، وهي صيغة قابلة للحقن لاستهداف الخلايا العصبية في المناطق العميقة من الدماغ مع الحد الأدنى من الضرر لمناطق الدماغ الأخرى. تحل غرسات العين الشبيهة بالإبرة الرفيعة محل الشبكية التالفة الموجودة داخل مقلة العين بأقل فتحة جراحية من شأنها أن تؤدي إلى حدوث تسرب للسائل الزجاجي. رسم تخطيطي لتشريح الإنسان وفئات مختلفة من الأجهزة الطبية الحيوية القابلة للحقن لاستشعار وتنشيط أعضاء الجسم الداخلية. توفر تحقيقات الدماغ العميقة قدرات تسجيل وتحفيز للدماغ مع الحد الأدنى من الضرر للأنسجة العصبية. تقوم الأقطاب الكهربائية القابلة للإدخال في غرسات القوقعة الصناعية بترجمة الأصوات الخارجية إلى إشارات كهربائية للمساعدة على السمع. تحقن المجسات البوليمرية في الغدد الكظرية مستويات تركيز الكورتيزول لمراقبة الإجهاد. يتم إدخال الإلكترونيات اللينة في الحبال الشوكية لقياس نشاط الخلايا العصبية وتحفيز الخلايا العصبية. يتم إجراء الجراحة التعويضية البصرية باستخدام نظام إلكتروني ضوئي مرن يتم حقنه عبر العين. تكتشف مستشعرات درجة الحرارة القابلة للحقن بدقة الآفات الموجودة على طول جدران القلب. توفر الأجهزة الكهرضغطية الموضوعة على مجسات قابلة للحقن ميكانيكا الأنسجة لاستهداف السرطان. يمكن للأجهزة القابلة للحقن تحت الجلد أن تسجل وتتبع وتحفز معلومات الجسم بطريقة آمنة وموثوقة. (أعيد طبعها بإذن من Wiley-VCH Verlag) (انقر على الصورة لتكبيرها) يمكن أيضًا تنفيذ الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) في هذه الأجهزة الطبية الحيوية القابلة للحقن القائمة على الرقاقة لإنشاء أشكال هندسية ثلاثية الأبعاد معقدة ، مثل القنوات السائلة والموجهات الضوئية. في الآونة الأخيرة ، أدت القدرة على تصنيع مثل هذه الأجهزة المتقدمة على ركائز بوليمرية إلى إنشاء شكل منخفض التكلفة وأرق من الإبر لتشغيل متوافق ميكانيكيًا داخل الجسم. يمكن تحقيق التشغيل المتزامن لأنواع أجهزة الاستشعار المختلفة بالإضافة إلى أدوات المحاكاة من خلال نقل طباعة الأجهزة المختلفة على طرف الإبرة البوليمرية. بالنسبة للتحفيز البصري ، سيطرت الألياف البصرية على تحفيز الأنسجة العميقة. تضمنت التطورات الأخيرة في تقنيات الألياف أدوات إلكترونية أخرى غير الدليل الموجي البصري في الألياف ، مثل الأقطاب الكهربائية وقنوات الموائع الدقيقة ، وكل ذلك داخل قطر الألياف الدقيقة. يمكن بذل الجهود لتقليل أحجام الأجهزة بشكل أكبر وصولاً إلى المقياس النانوي باستخدام إلكترونيات شبكية قابلة للحقن. يمكن حقن الأسلاك النانوية وأشكال الشبكة النانوية من الأقطاب الكهربائية المعدنية وأشباه الموصلات بعمق في أجزاء الجسم باستخدام إبر المحاقن التقليدية لأن حجمها المادي صغير للغاية بحيث يتناسب مع أطراف إبرة المحقنة. يتطلب دمج العديد من الوظائف الإلكترونية والإلكترونية الضوئية ضمن بنية تشبه الإبرة الدقيقة فهم كل من عمليات التصنيع الدقيق التقليدية وطرق التصنيع الجديدة نسبيًا ، مثل طباعة النقل والرسم الحراري وتقنيات قولبة البوليمر. أدى التقدم في تقنيات تصنيع الهياكل المتعددة المواد إلى زيادة عدد الأدوات الطبية الحيوية متعددة الوظائف وذات نسبة العرض إلى الارتفاع في العقد الماضي. في هذه المراجعة ، يصف المؤلفون التطورات الأخيرة لهذه الفئات القابلة للحقن من الأجهزة الطبية الحيوية المطبقة على كل جزء من أجزاء الجسم ، ومراجعة الاستراتيجيات المستخدمة لتحقيق هذه الأهداف وفئات مختلفة من المواد والأجهزة الإلكترونية المطورة لتطبيقات مختلفة ، وعلى وجه التحديد:

• - أنظمة حقن الدماغ
• - أنظمة حقن الحبل الشوكي
• - أنظمة حقن العين والأذن
• - أنظمة حقن لأعضاء التجويف البطني
• - أنظمة حقن للأنسجة تحت الجلد
• .

تتكامل الإلكترونيات القابلة للحقن مع الإلكترونيات الضوئية والموائع الدقيقة للدماغ. اليسار: مسبار عصبي متعدد القنوات مع قنوات ميكروفلويديك مضمنة للتسجيل العصبي في الجسم الحي وتوصيل الدواء في وقت واحد. صورة SEM للمسبار العصبي المُلفق تُظهر طرف ساق مع ثمانية أقطاب كهربائية إيريديوم ومخرج ميكروفلويديك. الوسط: مصفوفة بصرية ثنائية الأبعاد من السيليكون قادرة على توصيل الضوء إلى مواقع متعددة باستخدام SU-2 كنواة الدليل الموجي. صورة SEM لأبترود ملفقة تظهر طرف ساق واحد مع نواة الدليل الموجي البصري ومجموعة الإلكترود الدقيق. يمينًا: مصابيح µ-LED متكاملة متجانسة على مجسات عصبية من السيليكون. صورة لمسبار عصبي من السيليكون جاهز للزرع مع أقطاب تسجيل ومصابيح-LED متكاملة (مُدرجة ، شريط مقياس ، 8 ميكرومتر). (أعيد طبعها بإذن من Wiley-VCH Verlag) (انقر على الصورة لتكبيرها) في ختام المراجعة ، حذر المؤلفون من أن العديد من نتائج البحث التي تمت مراجعتها من قبلهم هي اختبار مبدئي للجدوى لفئات جديدة من الإلكترونيات ذات تصميمات نسبة أبعاد عالية. يجب أن يقوم المزيد من البحث والتطوير في تحسين التصاميم والميزات بإعداد الأدوات الطبية الحيوية القابلة للحقن المراجعة للتجارب البشرية. كما أنها تلخص المخاوف المحتملة والحلول المقترحة المتعلقة بتطوير الإلكترونيات الطبية الحيوية القابلة للحقن وتشدد على الحاجة إلى مزيد من العمل لإجراء تقييمات السلامة المرتبطة بالاستخدام طويل المدى لهذه الأجهزة قبل أن تصبح جاهزة للاستخدام السريري. التحدي المتبقي للإلكترونيات الطبية الحيوية القابلة للحقن هو التخلص من الأسلاك للحصول على البيانات أو توفير الطاقة. حتى الآن ، تأخرت الاستخدامات العملية للإلكترونيات الطبية الحيوية الجديدة بسبب الافتقار إلى إمكانيات الاتصال اللاسلكي ، والتي تعد صعبة بشكل خاص لأنها تستهدف أعضاء في أعماق الجسم. تشتمل الأجهزة الناجحة تجاريًا ، مثل غرسات القوقعة الصناعية وأجهزة مراقبة القلب القابلة للإدخال ، على إمكانات لاسلكية ؛ ومع ذلك ، تشتمل هذه الأجهزة على شرائح إلكترونية صلبة تحتاج إلى تغليفها بتصميمات ضخمة نسبيًا. By مايكل بيرجر - مايكل مؤلف لثلاثة كتب من الجمعية الملكية للكيمياء:
جمعية النانو: دفع حدود التكنولوجيا,
تقنية النانو: المستقبل صغيرو
هندسة النانو: المهارات والأدوات التي تجعل التكنولوجيا غير مرئية
حقوق الطبع والنشر © نانوويرك

المصدر: https://feeds.nanowerk.com/~/624409368/0/nanowerknanotechnologyspotlight~Injecting-biomedical-electronics-for-monitoring-and-therapy-of-body-organs.php