מערכי אלקטרודות ניתנים למתיחה של מיקרו-מחטים. קרדיט: Zhao Research Group
מחטי מיקרו הניתנות למתיחה מאוד וניתנות להתאמה אישית, שחוללות מהפכה בממשק בין גופים אנושיים ומכשירי ניטור פולשניים פותחו באמצעות USC מחקר. הם מבטיחים ליישומים נרחבים באבחון ובטיפול רפואי כולל מדעי המוח, הנדסת רקמות וביו-אלקטרוניקה לבישה.
המהפכה ברפואה המותאמת נמצאת בעיצומה – עם מכשירים לבישים ובדיקות עשה זאת בעצמך ביתיות, קל מתמיד לעקוב אחר הכל, החל מקצב הלב, לרמות הגלוקוז ועד למגוון המיקרוביום.
עם זאת, עדיין יש פער חדשנות לפני שנשיג ממשק חלק בין גוף האדם למכשירי ניטור פולשניים.
לגשר על הפער עם טכנולוגיה חדשה
שם נכנס לתמונה חוקר USC Hangbo Zhao, מומחה לייצור מתקדם ואלקטרוניקה גמישה. בתור עוזר פרופסור במחלקה להנדסת אווירונאוטיקה וחלל ובמחלקה להנדסה ביו-רפואית של אלפרד א. מאן ב-USC, Hangbo פרסם סדרה של מאמרים על חיישנים ניתנים למתיחה למטרות ביו-רפואיות. המאמר האחרון שלו, שנבחר ככתבת השער של כתב העת היוקרתי התקדמות המדעמציגה מחקר חדש שיאפשר באופן ישיר פיתוח של מחטי מיקרו "רכות" וגמישות יותר – חיוניות להבטחת הנוחות והגבוהה דיוק של מעקב בריאות לטווח ארוך.
הטכנולוגיה מתאפשרת על ידי מערכי מיקרואלקטרודות חודרים תלת מימדיים שניתנים למתיחה, המיוצרים על ידי תהליך ייצור חדש שפותח על ידי Zhao וקבוצת המחקר שלו.
המחשה סכמטית של מערך אלקטרודות המיקרו-מחטים הניתנות למתיחה. קרדיט: Zhao Research Group
מהפכה בטכנולוגיית Microneedle
אלקטרודות Microneedle נמצאות בשימוש נרחב בחישה וגירוי של המוח, כמו גם אבחון של סמנים ביולוגיים מתחת לעור. עם זאת, כמעט כל אלקטרודות המיקרו-מחטים הקיימות הן קשיחות בשל מגבלות החומר והייצור. המומחיות של ג'או בייצור מתקדם העניקה לו פרספקטיבה חדשה בכל הנוגע לחזות בפתרון גמיש יותר.
האלקטרודות החדשות של המיקרו-מחטים ה"רכות" רצויות מאוד במקרה של רקמות שרירים ורקמות עור ש"מתעוותות" או משנות צורה. אלקטרודות צריכות לעקוב אחר העיוותים של רקמות המטרה כדי להבטיח מגע אינטימי ולמזער נזק לרקמות; המחקר של ג'או סולל את הדרך להתקדמות בתחום המיקרו-מחטים שיכולות לחוש עמוק יותר לתוך הרקמות ולהשיג תוצאות מדויקות יותר. בין אם עוקבים אחר פעולת שלפוחית השתן חלשה או עוקבים אחר תנודות דקות בפעימות הלב, ההכרח של חישה בנאמנות גבוהה יותר חיוני.
שיטות ייצור חדשניות
מרכזי בחידוש הוא פיתוח שיטת ייצור היברידית שהתגלתה במעבדה של Zhao ב-USC. השיטה הזולה והניתנת להרחבה משלבת מיקרו-עיבוד לייזר, ייצור מיקרו והדפסת העברה כדי ליצור מערכי אלקטרודות מיקרו-מחטים עם יכולת המתיחה הגבוהה ביותר (60-90%) שדווחה אי פעם.
באופן מכריע, שיטת הייצור החדשה מאפשרת התאמה אישית נוחה של פרמטרים מרכזיים של התקן כגון גיאומטריית אלקטרודות, אתרי הקלטה ומאפיינים מכניים וחשמליים. כמו בכל מחקריו של ג'או, יכולת הסתגלות ודיוק הם העיקרון המארגן: נקודות המבט שלו על אלקטרוניקה רכה ורובוטיקה גם משפיעות על שיטת הייצור הגמישה.
יישומים ביו-רפואיים וצפי עתידי
מאפיין מסקרן נוסף של המחקר הוא מקורותיו במעמקי הים. היתכנותן של אלקטרודות המיקרו-מחטים הישימות בעולם הוכחה במקור על ידי הקלטת פעילויות חשמליות בתוך השרירים הנעים של שבלול ים.
היישומים הביו-רפואיים הרחבים יותר של התוצאות היו ברורים מיד לזאו ולצוות החוקרים שלו. טכנולוגיית פלטפורמה זו יכולה לשמש לחישה ובקרה של פעילויות המוח והעצבים, חישה אלקטרוכימית של נוזלים אינטרסטיציאליים בעור, אבחון של הפרעות עצב-שריר, ומתן תרופות לרקמות עמוקות.
עבור אלה שחשים בחילה מהמחשבה על מחטי מיקרו, השלב הבא של מחטים "רכות" ניתנות למתיחה מאוד עשוי להיות רק התשובה. בחיפוש אחר מעקב מדויק יותר מתמיד כדי לתפוס חריגות ולזהות טיפול מהיר, המחקר של Zhao הוא אבן דרך חשובה עבור אנשי מקצוע בתחום הבריאות, חברות ביוטכנולוגיה וכל מי שמבקש לחיות חיים ארוכים ובריאים יותר.
