Sensor Implantabel Biodegradabel Memungkinkan Pemantauan Waktu Nyata Fungsi Tubuh
Sensor Implantabel Biodegradabel Memungkinkan Pemantauan Waktu Nyata Fungsi Tubuh
Sensor yang memantau kondisi pasien selama dan setelah prosedur medis dapat mahal, tidak nyaman, dan bahkan berbahaya. Sekarang, tim internasional peneliti telah merancang sensor gas fleksibel yang sangat sensitif yang dapat ditanam di dalam tubuh — dan, setelah tidak diperlukan lagi, dengan aman biodegradable menjadi bahan yang diserap oleh tubuh.
Dalam studi, peneliti Penn State melaporkan mereka merancang sensor fleksibel dan implantabel yang dapat memantau berbagai bentuk gas nitric oxide (NO) dan nitrogen dioxide (NO2) di dalam tubuh. Memantau jenis gas ini penting karena mereka dapat memainkan peran yang bermanfaat, atau kadang berbahaya, dalam kesehatan manusia.
Nitric oxide, misalnya, yang dihasilkan secara alami di dalam tubuh manusia, memainkan peran penting dalam kesehatan karena merelaksasi atau melebar pembuluh darah untuk meningkatkan aliran darah, memungkinkan oksigen dan nutrisi beredar di seluruh tubuh. Di sisi lain, paparan nitrogen dioxide dari lingkungan dikaitkan dengan progresi kondisi seperti penyakit paru obstruktif kronis. Nitric oxide sangat reaktif dan dapat diubah menjadi nitrogen dioxide ketika terpapar oksigen.
Tim menambahkan sentuhan pada desain sensor mereka dengan membuatnya dari bahan yang tidak hanya dapat ditanam, fleksibel, dan rekat, tetapi juga biodegradable. Sementara perangkat saat ini digunakan di luar tubuh untuk memantau tingkat gas, Cheng mengatakan mereka besar dan potensialmente tidak seakurat perangkat yang dapat ditanam. Perangkat yang dapat ditanam, namun, perlu diangkat, yang bisa berarti operasi lain. Peneliti menyelidiki desain yang tidak perlu diangkat.
“Katakanlah Anda menjalani operasi bedah jantung; monitor di luar tubuh mungkin tidak cukup untuk mendeteksi gas,” kata Professor Huanyu “Larry” Cheng. “Mungkin jauh lebih bermanfaat untuk memantau tingkat gas dari permukaan jantung, atau dari organ internal. Sensor gas ini dapat ditanam, dan biodegradable, juga, yang merupakan arah penelitian lain yang kami kerjakan. Jika pasien sepenuhnya pulih dari operasi bedah, mereka tidak lagi memerlukan perangkat, yang membuat perangkat biodegradable berguna.”
Menurut peneliti, semua komponen biodegradable dalam air atau cairan tubuh tetapi tetap fungsional cukup untuk menangkap informasi tentang tingkat gas. Dalam hal ini, peneliti membuat konduktor listrik perangkat dari magnesium, dan untuk bahan fungsional, mereka menggunakan silicon, yang juga sangat sensitif terhadap nitric oxide. Silicon unik — ia adalah blok konstruksi untuk elektronik modern, dianggap super-stabil, dan biodegradable. Ia dapat larut dengan sangat lambat, sekitar satu hingga dua nanometer per hari, tergantung pada lingkungan. Tidak hanya tubuh dapat dengan aman menyerap semua bahan yang digunakan dalam perangkat, tetapi mereka larut dengan cepat yang cukup lambat untuk memungkinkan sensor berfungsi di tubuh selama periode pemulihan pasien.
Sensor diuji dalam kondisi lembap dan larutan air untuk menunjukkan bahwa dapat secara stabil beroperasi dalam kondisi keras tubuh. Tim menggunakan sumber daya komputasi Roar supercomputer ICDS untuk menciptakan simulasi komputer yang dapat menghitung perubahan sangat kecil yang disebabkan oleh perubahan bentuk kecil, atau deformasi, dari bahan. Mereka mengukur berdasarkan resistansi, yang dapat berubah berdasarkan penyerapan gas.
Peneliti mengatakan pekerjaan masa depan dapat melihat merancang sistem terintegrasi yang dapat memantau fungsi tubuh lain untuk penuaan sehat dan berbagai aplikasi penyakit.
