Electrónica interna: reduciendo la brecha con el oro

El mercado para dispositivos médicos implantables está creciendo de manera constante, impulsado por un aumento de los trastornos crónicos y una mayor concienciación de los consumidores. El ritmo está hábilmente respaldado por la tecnología. avances, ayudando a que estos dispositivos sean más eficientes, convenientes y de bajo costo. 

Los números sugieren que el mercado de dispositivos médicos implantables en todo el mundo casi se duplicará en una década, de 105.7 millones de dólares en 2023 a 207.0 millones de dólares en 2033. Hoy comenzaremos analizando una de las innovaciones más determinantes en este campo en los últimos tiempos, que también es sintomática del próspero espacio donde la fisiología médica se cruza con la electrónica eficiente. 

Nanocables de oro y electrodos blandos están listos para conectarse al sistema nervioso 

Un equipo de investigadores de la Universidad de Linköping tiene creó nanocables de oro y desarrolló electrodos blandos que pueden Trabaja equivalente a los nervios humanos en su elasticidad, conducción eléctrica y durabilidad dentro del cuerpo. 

Investigadores y expertos ven un inmenso potencial en esta innovación. Para empezar, abre fronteras donde podría ser posible utilizar oro en interfaces suaves para conectar dispositivos electrónicos al sistema nervioso con fines médicos. 

Si se implementa correctamente, esto puede resultar en el alivio de condiciones tan complejas como la epilepsia, Parkinson enfermedades y parálisis y una preocupación tan omnipresente como el dolor crónico. 

Desde hace bastante tiempo, investigadores de todo el mundo se interesan por crear electrodos blandos. que no dañar las tejido. Este logro particular de los investigadores de la Universidad de Linköping ayudó a lograrlo mediante la creación de nanocables de oro. que Eran mil veces más delgados que el cabello y estaban incrustados en un material elástico que podía funcionar como microelectrodos suaves. 

Klas Tybrandt, al tiempo que explica la singularidad de la investigación y sus resultados, tenía lo siguiente para decir:

"Hemos logró crear un nanomaterial nuevo y mejor a partir de nanocables de oro en combinación con caucho de silicona muy suave. Hacer que estos funcionen juntos ha dado como resultado un conductor con alta conductividad eléctrica, es muy suave y está hecho de materiales biocompatibles que funcionan con el cuerpo.."

Creación de nanocables de oro: desafíos afrontados y superados

Una de las principales dificultades a las que se enfrentaron los investigadores fue la producción de nanoestructuras de oro largas y estrechas. Los investigadores encontraron una forma única de superar este desafío: mediante el uso de nanocables de plata. Explicando como esta hazaña única podría lograrse, Klas Tybrant dijo lo siguiente:

"As Es Es posible fabricar nanocables de plata, aprovechamos esto y utilizamos el nanocables de plata como una especie de plantilla sobre la que cultivamos oro. El siguiente paso del proceso es retirar la plata. Una vez por eso done, tenemos un material que tiene más del 99 por ciento de oro.."

Originalmente, los investigadores no podían usar plata porque es químicamente reactiva, se desgasta con el tiempo y corre el riesgo de descomponerse y decolorarse. Además, las altas concentraciones de plata pueden resultar tóxicas para el cuerpo humano. Por eso, tuvieron que recubrirlo con oro.

Respecto al material que han ideado y su durabilidad, los investigadores creen que su solución podría durar al menos tres años, superando a muchos nanomateriales desarrollados anteriormente.

Pronto, el equipo de investigación comenzará a trabajar para refinar el material y crear diferentes tipos de electrodos que serán aún más pequeños y permitirán un contacto más cercano con las células nerviosas.

El diverso mundo de los implantables

Si bien ya se ha citado la utilidad de esta investigación, existen muchos otros implantables disponibles en el espacio de tecnología médica. Ayudan a que el diagnóstico y el tratamiento sean más consistentes, asequibles y eficientes. 

Por ejemplo, científicos de la Universidad Tecnológica de Georgia han desarrollado un sensor implantable y portátil que monitoriza la cicatrización de aneurismas en los vasos sanguíneos del cerebro. Dado que funciona sin baterías, puede colocarse alrededor de stents o desviadores implantados para regular el flujo sanguíneo.

El sensor se crea mediante impresión 3D con chorro de aerosol, que deposita trazas conductoras de plata sobre sustratos elastoméricos. Insertado a través de un catéter, utiliza un acoplamiento inductivo de señales para la detección inalámbrica de la hemodinámica del aneurisma cerebral biomimético.

El proceso involucra tres bobinas. Una bobina captura la energía electromagnética transmitida desde otra bobina fuera del cuerpo. A medida que la sangre fluye a través del stent, el sensor implantado cambia su capacitancia, alterando la señal transmitida a una tercera bobina externa.

En otro ejemplo de una línea de trabajo similar, un grupo de ingenieros de la Universidad Texas A&M ha desarrollado un dispositivo que utiliza grafeno e inyecta CA en la piel para controlar la presión arterial. 

Llamados tatuajes electrónicos de grafeno, estos sensores de grafeno adhesivos pueden rastrear la salud cardiovascular mediante un monitoreo continuo. Pueden continuar trabajando y recopilando datos relevantes incluso cuando el paciente está durmiendo, haciendo ejercicio o experimentando situaciones de alto estrés. 

También se están realizando investigaciones para determinar cómo estos dispositivos implantables pueden aprovechar y utilizar la energía. Por ejemplo, un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts ha desarrollado una batería que obtiene su energía de la glucosa. La novedosa batería mide sólo 400 nanómetros de espesor, o aproximadamente 1/100 del diámetro del cabello humano. Genera unos 43 microvatios por centímetro cuadrado de electricidad y puede soportar temperaturas de hasta 600 ° C. 

Los investigadores utilizaron un sustrato cerámico ultrafino y una solución de glucosa para dotar a la batería de flexibilidad y hacerla cómoda de colocar dentro del cuerpo. 

Mientras los investigadores trabajan para presentar Con el mayor número posible de soluciones tecnológicas novedosas y únicas, algunas empresas han estado trabajando para que dispositivos implantables eficientes estén disponibles para su adopción masiva. En los próximos segmentos, mirar en un par de estas soluciones comerciales. 

#1. CORTEC

Mil de las empresas que constantemente ha entregado soluciones innovadoras es CorTec. Una empresa ISO 13485, CorTec desarrolla y fabrica productos y componentes para neuromodulación y tecnología de implantes activos en sus laboratorios internos y en su infraestructura de sala limpia. 

CorTec La gama patentada de electrodos AirRay resulta útil para estimulación y registro de la tejido nervioso, que sirve como interfaz ideal con el sistema nervioso para dispositivos médicos. 

Por ejemplo, los electrodos del manguito AirRay proporcionan una interfaz eléctrica con el sistema nervioso periférico, mientras que los electrodos de rejilla y de tira están diseñados para interactuar con el sistema nervioso central. Los electrodos percutáneos AirRay están diseñados para uso subcutáneo, así como para registrar y estimular la médula espinal. Por último, los electrodos de paleta AirRay ofrecen una interfaz eléctrica con el sistema nervioso central, dirigida específicamente a la médula espinal.

Aparte de este rango, uno de CorTec Las soluciones patentadas también incluyen sus electrodos corticales. Estos son CorTec Electrodos ECoG para neuromonitorización invasiva. A través de estos electrodos es posible realizar la monitorización de las señales eléctricas cerebrales, lo cual es de acuerdo con los requisitos de localización de focos epileptógenos o mapeo cerebral. Los electrodos pueden ser usado durante un máximo de 29 días, y es posible conectar un total de 64 electrodos utilizando sólo dos cables. Los contactos de los electrodos son casi impalpables y se bloquean de forma segura con el material para evitar su separación de la silicona.

Uno de los aspectos más cruciales de CorTec electrodos corticales es que la FDA los ha considerado aptos para su aprobación y autorización de comercialización para la neuromonitorización invasiva en el sistema nervioso central. La cartera de productos incluye todas las disposiciones de contactos posibles, desde contactos de electrodos de 1×4 a 8×8.

Además de una importante financiación pública, CorTec, según su declaración oficial, ha levantado cuatro rondas de financiación. Su lista de inversores actuales incluye a Mangold Invest, M-Invest, Kfw, High-Tech Gruenderfonds, Santo Venture Capital GmbH, LBBW Venture Capital y K & SW Invest. 

La financiación pública incluye subvenciones del Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania (Bundesministerium für Bildung und Forschung, BMBF) y de la Unión Europea.

#2. Atrotech

Otra empresa que ha estado realizando un trabajo de nicho pero innovador en este espacio durante décadas es Atrotech. Fundada en 1984 y ubicada en Technopolis Hermia, Tampere, Finlandia, Atrotech surgió como resultado de Ideas de productos interdisciplinarios que combinaron la medicina y la bioingeniería. ciencias, centrándose principalmente en el campo de la estimulación eléctrica funcional (FES). 

Dos de Atrotech Las principales contribuciones en este campo incluyen el diseño y fabricación de neuroestimuladores implantables y electrodos implantables. 

Al diseñar los electrodos, la empresa aprovecha sus más de 30 años de experiencia en la fabricación. electrodos de contacto de platino de alta calidad, cables conductores y conectores de conductores multipolares. El área de servicio que atiende. Incluye proyectos de investigación, ensayos clínicos y dispositivos médicos distribuidos comercialmente. 

La compañía tiene un proceso de producción flexible, permitiéndole fabricar pequeñas cantidades así como volúmenes a mayor escala de una manera rápida y rentable. Además, la empresa está en contacto con múltiples médicos y universidades en las primeras etapas. del desarrollo y prototipado of posibles nuevos dispositivos médicos.

Uno de los estudios la empresa recientemente financiada tenía como objetivo evaluar la viabilidad y seguridad de un enfoque de neuroestimulación temporal novedoso, removible, implantado quirúrgicamente y que involucra la porción distal del nervio frénico. Para el estudio, la empresa desarrolló un sistema especialmente diseñado, Electrodo de estimulador temporal del nervio frénico (tPNS). 

Esta colaboración entre empresas especializadas y centradas en la industria y un grupo de investigadores y médicos repartidos por todo el mundo hace que el futuro de la electrónica interna parezca brillante y listo para florecer. 

La trayectoria futura de la electrónica interna

De acuerdo con una reciente investigación publicada en julio de 2024 en la revista "Caráctermi', Los investigadores han desarrollado un electrodo implantable basado en una aleación biorreabsorbible de Mg-Nd-Zn-Zr que funcionaría bien en una aplicación de soldadura de tejidos por radiofrecuencia (RF) de próxima generación.

el electrodo se espera para reducir el daño térmico y aumentar la fuerza anastomótica. Diseñado con diferentes características estructurales de superficie cilíndrica (CS) y anillo largo continuo (LR) en el área de soldadura, el electrodos simulaciones electrotérmicas fueron estudiados mediante análisis de elementos finitos (FEA).

Los resultados mostraron que la temperatura media en el área de soldadura y la proporción de tejido necrótico disminuyeron significativamente al aplicar una corriente alterna de 110 V durante 10 segundos al electrodo LR. Las temperaturas máxima y media de los tejidos soldados con el electrodo LR también podrían reducirse significativamente mientras que la fuerza anastomótica del tejido soldado mejoró.

Imec, un laboratorio fundado en 1984 para ayudar y permitir que la industria de los semiconductores crezca funcionalmente, también ha logrado algunos avances pioneros en implantables a nanoescala. Ha ayudado a desarrollar implantes mínimamente invasivos adecuados para prótesis hápticas de próxima generación. El prototipo de chip implantable que Imec ha desarrollado junto con la Universidad de Florida ofrece a los pacientes un control más intuitivo sobre sus prótesis de brazo. Uno de sus componentes principales, el chip de silicio fino, es el mundo primero en densidad de electrodos y fue desarrollado como parte del proyecto IMPRESS financiado por DARPA Programa HAPTIX para crear un sistema de circuito cerrado para la tecnología de prótesis hápticas de próxima generación.

Una de las publicaciones científicas sobre el Importancia de la bioelectrónica implantable basada en carbono. hizo una observación crucial sobre la utilidad de la electrónica interna. Citando textualmente, la publicación observa:

"Debido a que la bioelectrónica implantable puede detectar información corporal o provocar reacciones corporales en seres vivos desde sitios externos al cuerpo, se están convirtiendo en remedios útiles y prometedores para una variedad de dolencias.."

En el futuro, Los materiales de carbono desempeñarán un papel crucial en la fabricación de productos electrónicos médicos implantables. Estas ventajas incluyen carbono. materiales' biocompatibilidad de alto grado, resistencia a la fatiga y baja gravedad específica. Estos materiales se utilizan en una amplia gama. de aplicaciones, incluidos dispositivos de administración de fármacos, biosensores, estimuladores terapéuticos y almacenamiento de energía. Todas estas propiedades tienen un papel que desempeñar en los campos del sistema neurológico, cardiovascular, gastrointestinal y locomotor.

Los actuadores implantables, los biosensores, los sistemas de administración de fármacos y las fuentes de alimentación se benefician de los avances en el campo de la electrónica interna o implantable. Para lograr mayores avances en esta área será necesario un enfoque más interseccional que involucre a investigadores en biociencias, científicos de materiales y físicos de todo el mundo.

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