Οι καινοτομίες της ιατρικής τεχνολογίας που επιτυγχάνονται με την ενσωμάτωση της επιστήμης και της ιατρικής έχουν βελτιώσει την ποιότητα ζωής των ασθενών. Ιδιαίτερα αξιοσημείωτη είναι η εμφάνιση ηλεκτρονικών συσκευών που εμφυτεύονται στο σώμα, όπως στην καρδιά ή στον εγκέφαλο, που επιτρέπουν τη μέτρηση και τη ρύθμιση των φυσιολογικών σημάτων σε πραγματικό χρόνο, παρουσιάζοντας νέες λύσεις για δύσκολες καταστάσεις όπως η νόσος του Πάρκινσον. Ωστόσο, τεχνικοί περιορισμοί έχουν εμποδίσει την ημιμόνιμη χρήση ηλεκτρονικών συσκευών μετά την εμφύτευσή τους.
Μια συλλογική ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Sung-Min Park από τα Τμήματα Μηχανικών Πληροφορικής Σύγκλισης, Μηχανολόγων Μηχανικών και Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και τη Σχολή Διεπιστημονικής Βιοεπιστήμης και Βιομηχανικής της POSTECH, πέτυχε μια πρωτοποριακή εξέλιξη. Δημιούργησαν ηλεκτροστατικά υλικά που λειτουργούν ακόμη και με εξαιρετικά αδύναμο υπερηχογράφημα, προαναγγέλλοντας την εποχή των μόνιμων εμφυτεύσιμων ηλεκτρονικών συσκευών στη βιοϊατρική.
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Advanced Materials. Οι ασθενείς με εμφυτευμένες συσκευές πρέπει να υποβάλλονται σε περιοδικές χειρουργικές επεμβάσεις για αντικατάσταση μπαταρίας. Αυτή η διαδικασία εγκυμονεί σημαντικό κίνδυνο επιπλοκών και επιβάλλει τόσο οικονομικά όσο και σωματικά βάρη στους ασθενείς.
Πρόσφατη έρευνα διερευνά τις εμφυτεύσιμες ιατρικές συσκευές που λειτουργούν ασύρματα, ωστόσο η εύρεση ασφαλούς πηγής ενέργειας και προστατευτικών υλικών παραμένει πρόκληση. Επί του παρόντος, το τιτάνιο (Ti) χρησιμοποιείται λόγω της βιοσυμβατότητας και της αντοχής του. Ωστόσο, τα ραδιοκύματα δεν μπορούν να περάσουν μέσα από αυτό το μέταλλο, καθιστώντας απαραίτητη μια ξεχωριστή κεραία για ασύρματη μετάδοση ισχύος. Κατά συνέπεια, αυτό μεγεθύνει το μέγεθος της συσκευής, δημιουργώντας περισσότερη ενόχληση στους ασθενείς. Η ερευνητική ομάδα αντιμετωπίζει αυτό το ζήτημα επιλέγοντας τον υπέρηχο, μια μέθοδο επικυρωμένη για την ασφάλεια σε διάφορους ιατρικούς τομείς για διαγνώσεις και θεραπείες, αντί για ραδιοκύματα.
Ανέπτυξαν ένα ηλεκτροστατικό υλικό ικανό να ανταποκρίνεται σε αδύναμους υπερήχους χρησιμοποιώντας ένα σύνθετο πολυμερών υψηλής διηλεκτρικής (P(VDF-TrFE)) και ενός κεραμικού υλικού υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς γνωστό ως τιτανικό ασβέστιο χαλκού (CCTO, CaCu3Ti4O12). Αυτό το υλικό παράγει στατικό ηλεκτρισμό μέσω της τριβής μεταξύ των υλικών του στρωμάτων, παράγοντας αποτελεσματική ηλεκτρική ενέργεια και διαθέτει εξαιρετικά χαμηλή αντίσταση εξόδου, διευκολύνοντας την αποτελεσματική μετάδοση της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας.
Χρησιμοποιώντας αυτή την τεχνολογία, η ερευνητική ομάδα δημιούργησε έναν εμφυτεύσιμο νευρολογικό διεγέρτη που τροφοδοτείται από μετάδοση ενέργειας με βάση τον υπέρηχο, εξαλείφοντας την ανάγκη για μπαταρίες. Αυτό επιβεβαιώθηκε μέσω πειραματικής επικύρωσης. Σε δοκιμές μοντέλων σε ζώα, η συσκευή ενεργοποιήθηκε ακόμη και σε τυπικά επίπεδα υπερήχων απεικόνισης (500 mW/cm2), επιβάλλοντας ελάχιστη πίεση στο ανθρώπινο σώμα. Επιπλέον, μετριάστηκαν τα συμπτώματα που σχετίζονται με την ανώμαλη ούρηση που προκαλείται από υπερδραστήρια διαταραχές της ουροδόχου κύστης μέσω της διέγερσης των νεύρων.
Ο καθηγητής Sung-Min Park είπε, “Αντιμετωπίσαμε τις προκλήσεις στον τομέα των εμφυτεύσιμων ιατρικών συσκευών χρησιμοποιώντας τεχνολογία μετάδοσης ενέργειας βασισμένη σε υπερήχους που είναι αβλαβής για το ανθρώπινο σώμα. Αυτή η έρευνα χρησιμεύει ως περίπτωση εισαγωγής προηγμένης τεχνολογίας υλικών σε ιατρικές συσκευές. και αναμένουμε ότι θα προωθήσει την εμφάνιση μιας ιατρικής βιομηχανίας επόμενης γενιάς, συμπεριλαμβανομένης της θεραπείας ανίατων ασθενειών με τη χρήση εμφυτεύσιμων συσκευών.
Οι συσκευές που κατασκευάζονται με βάση εξαιρετικά βιοσυμβατά υλικά παρουσιάζουν εξαιρετική μηχανική και χημική σταθερότητα, καθιστώντας τις κατάλληλες για τη θεραπεία διαφόρων ασθενειών που απαιτούν μακροχρόνια θεραπεία. Τα εξαρτήματα χωρίς μπαταρία, μικροσκοπικά εξαρτήματα με καθιερωμένη μακροχρόνια σταθερότητα αναμένεται να φέρουν νέες καινοτομίες στην αγορά ιατροτεχνολογικών προϊόντων που μπορούν να εισαχθούν στον άνθρωπο”.