Các nhà nghiên cứu đang tạo ra các bộ phận cấy ghép siêu vật liệu thông minh in 3D dành riêng cho bệnh nhân, có chức năng đóng vai trò như cảm biến để theo dõi quá trình chữa lành cột sống.
Hợp nhất cột sống - hợp nhất hai đốt sống với nhau - có thể điều trị nhiều loại rối loạn cột sống. Thông thường, các bác sĩ phẫu thuật sẽ sử dụng một chiếc lồng để hỗ trợ nơi đĩa đệm từng nằm giữa các đốt sống. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu những chiếc lồng đó có thể hỗ trợ việc chữa lành cột sống theo nhiều cách khác nhau?
Các nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật Swanson của Đại học Pittsburgh đang tạo ra các thiết bị cấy ghép siêu vật liệu thông minh in 3D dành riêng cho bệnh nhân, có chức năng đóng vai trò như cảm biến để theo dõi quá trình chữa lành cột sống. Gần đây, một bài báo mô tả chi tiết công việc của họ đã được xuất bản trên tạp chí Vật liệu Chức năng Nâng cao.
Amir Alavi, trợ lý giáo sư về kỹ thuật dân dụng và môi trường, người đứng đầu phòng thí nghiệm iSMaRT Lab cho biết: “Các thiết bị cấy ghép thông minh có thể cung cấp phản hồi sinh học theo thời gian thực và mang lại nhiều lợi ích điều trị và chẩn đoán. "Nhưng rất khó để tích hợp các mạch hoặc nguồn điện cồng kềnh vào diện tích cấy ghép nhỏ. Giải pháp là sử dụng ma trận cấy ghép như một phương tiện thu thập năng lượng và cảm biến tích cực. Đó là điều chúng tôi đang tập trung vào."
(adv)
Phòng thí nghiệm Kiểm tra phản ứng và giám sát cấu trúc thông minh (iSMaRT) đã phát triển một loại siêu vật liệu cơ học đa chức năng mới, hoạt động như cảm biến của riêng chúng, ghi lại và chuyển tiếp thông tin quan trọng về áp suất và ứng suất trên cấu trúc của nó. Cái gọi là "siêu vật liệu tưởng niệm" hay còn gọi là siêu vật liệu tự nhận thức, tạo ra sức mạnh của riêng chúng và có thể được sử dụng cho một loạt các ứng dụng cảm biến và giám sát.
Vật liệu được thiết kế sao cho dưới áp suất, sự nhiễm điện tiếp xúc xảy ra giữa các microlay dẫn điện và điện môi của nó, tạo ra một điện tích chuyển tiếp thông tin về tình trạng của chất nền vật liệu. Ngoài ra, nó thừa hưởng một cách tự nhiên khả năng kiểm tra cơ học vượt trội của siêu vật liệu tiêu chuẩn. Năng lượng được tạo ra bằng cách sử dụng cơ chế máy phát điện nano ba điện tích sẵn của nó giúp loại bỏ nhu cầu về nguồn điện riêng biệt và một con chip nhỏ ghi lại dữ liệu về áp suất trên lồng, đây là một chỉ số quan trọng của việc chữa bệnh. Dữ liệu sau đó có thể được đọc một cách không xâm lấn bằng máy quét siêu âm cầm tay.
Chiếc lồng được đề xuất không chỉ độc đáo về khả năng cảm biến mà nó còn được làm bằng vật liệu có thể điều chỉnh cao, có thể tùy chỉnh theo nhu cầu của bệnh nhân.
Alavi giải thích: “Lồng nhiệt hạch đang được sử dụng rộng rãi trong các ca phẫu thuật hợp nhất cột sống, nhưng chúng thường được làm bằng vật liệu titan hoặc polyme PEEK (một loại nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật bán tinh thể, hiệu suất cao) với một số tính chất cơ học nhất định,” Alavi giải thích. "Độ cứng của lồng giữa các siêu vật liệu của chúng tôi có thể được điều chỉnh một cách dễ dàng. Bộ phận cấy ghép có thể được in 3D dựa trên giải phẫu cụ thể của bệnh nhân trước khi phẫu thuật, làm cho nó phù hợp tự nhiên hơn nhiều."
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm thành công thiết bị này trên tử thi người và đang tìm cách chuyển sang mô hình động vật tiếp theo. Vì bản thân vật liệu này có thể điều chỉnh và mở rộng đáng kinh ngạc, thiết kế cảm biến thông minh có thể được điều chỉnh cho nhiều ứng dụng y tế khác trong tương lai, như stent tim mạch hoặc các thành phần thay thế đầu gối hoặc hông.
Alavi cho biết: “Đây là thiết bị cấy ghép đầu tiên của loại hình này, thúc đẩy những tiến bộ trong máy phát điện nano và siêu vật liệu để xây dựng tính đa chức năng trong cấu tạo của mô cấy y tế,” Alavi nói. "Tiến bộ công nghệ này sẽ đóng một vai trò quan trọng trong tương lai của các thiết bị cấy ghép."
Nguồn Đại học Pittsburgh
