استخدام الكهرباء الساكنة لتعزيز متانة الغرسات الطبية الحيوية

أدت ابتكارات التكنولوجيا الطبية، التي تم تحقيقها من خلال دمج العلم والطب، إلى تحسين نوعية حياة المرضى.

ومن الجدير بالذكر بشكل خاص ظهور الأجهزة الإلكترونية المزروعة في الجسم، كما هو الحال في القلب أو الدماغ، والتي تمكن من قياس وتنظيم الإشارات الفسيولوجية في الوقت الحقيقي، وتقديم حلول جديدة لظروف صعبة مثل مرض باركنسون.

ومع ذلك، فإن القيود التقنية أعاقت الاستخدام شبه الدائم للأجهزة الإلكترونية بعد زرعها، وفقا لما تم نشره في موقع ميديكال إكسبريس.

حقق فريق بحث تعاوني بقيادة البروفيسور سونج مين بارك، من أقسام هندسة تكنولوجيا المعلومات التقاربية، والهندسة الميكانيكية، والهندسة الكهربائية، وكلية العلوم الحيوية متعددة التخصصات والهندسة الحيوية في POSTECH، تطورًا رائدًا.

لقد ابتكروا مواد إلكتروستاتيكية تعمل حتى مع الموجات فوق الصوتية الضعيفة للغاية، مما يبشر بعصر الأجهزة الإلكترونية الدائمة القابلة للزرع في الطب الحيوي.

وقد تم نشر البحث في مجلة المواد المتقدمة.

أجهزة طبية لا سلكية

يحتاج المرضى الذين لديهم أجهزة مزروعة إلى الخضوع لعمليات جراحية دورية لاستبدال البطارية.

تحمل هذه العملية خطرًا كبيرًا لحدوث مضاعفات وتفرض أعباء اقتصادية وجسدية على المرضى.

تستكشف الأبحاث الحديثة الأجهزة الطبية القابلة للزرع والتي تعمل لاسلكيًا، إلا أن العثور على مصدر آمن للطاقة ومواد وقائية لا يزال يمثل تحديًا.

في الوقت الحاضر، يتم استخدام التيتانيوم (Ti) بسبب توافقه الحيوي ومتانته.

ومع ذلك، لا يمكن لموجات الراديو المرور عبر هذا المعدن، مما يستلزم هوائي منفصل لنقل الطاقة لاسلكيًا.

ونتيجة لذلك، يؤدي ذلك إلى تكبير حجم الجهاز، مما يسبب المزيد من الانزعاج للمرضى.

يعالج فريق البحث هذه المشكلة من خلال اختيار الموجات فوق الصوتية، وهي طريقة معتمدة من حيث السلامة في مختلف المجالات الطبية للتشخيص والعلاج، بدلًا من موجات الراديو.

لقد طوروا مادة إلكتروستاتيكية قادرة على الاستجابة للموجات فوق الصوتية الضعيفة من خلال استخدام مركب من البوليمرات عالية العزل الكهربائي (P(VDF-TrFE)) ومادة سيراميك ذات ثبات عزل كهربائي عالي تُعرف باسم تيتانات نحاس الكالسيوم (CCTO، CaCu 3 Ti 4 O 12 ).

تولد هذه المادة كهرباء ساكنة من خلال الاحتكاك بين طبقات المادة، وتنتج طاقة كهربائية فعالة، وتمتلك مقاومة خرج منخفضة للغاية، مما يسهل النقل الفعال للكهرباء المولدة.

وباستخدام هذه التكنولوجيا، أنشأ فريق البحث محفزًا عصبيًا قابلًا للزرع مدعومًا بنقل الطاقة المعتمد على الموجات فوق الصوتية، مما يلغي الحاجة إلى البطاريات، وتم تأكيد ذلك من خلال التحقق التجريبي.

في تجارب النماذج الحيوانية، تم تنشيط الجهاز حتى عند مستويات التصوير بالموجات فوق الصوتية القياسية (500 ميجاوات/سم 2)، مما يفرض الحد الأدنى من الضغط على الجسم البشري.

علاوة على ذلك، فإنه يخفف بشكل فعال الأعراض المرتبطة بالتبول غير الطبيعي الناجم عن اضطرابات المثانة المفرطة من خلال تحفيز الأعصاب.

وقال البروفيسور سونج مين بارك: «لقد عالجنا التحديات في مجال الأجهزة الطبية القابلة للزرع باستخدام تكنولوجيا نقل الطاقة المعتمدة على الموجات فوق الصوتية وغير الضارة بجسم الإنسان، ويعد هذا البحث بمثابة حالة لإدخال تكنولوجيا المواد المتقدمة في الأجهزة الطبية، ونتوقع أن يعزز ظهور الجيل القادم من الصناعة الطبية، بما في ذلك علاج الأمراض المستعصية باستخدام الأجهزة القابلة للزرع».

وأضاف: «تظهر الأجهزة المصنعة بناءً على مواد شديدة التوافق حيويًا ثباتًا ميكانيكيًا وكيميائيًا ممتازًا، مما يجعلها مناسبة لعلاج الأمراض المختلفة التي تتطلب علاجًا طويل الأمد، ومن المتوقع أن تؤدي المكونات المصغرة غير البطارياتية ذات الثبات طويل الأمد إلى ظهور ابتكارات جديدة في السوق. من الأجهزة الطبية التي يمكن إدخالها بواسطة الإنسان».