שילוב של חיישנים באיברים מהנדסים למעקב אחר פונקציונליות

התפקיד הקריטי של חיישנים ב ניטור איברים מהנדס

איברים מהונדסים – שגדלו מתאים של המטופל או מקווי תא גזע – פתרון מבטיח למחסור הכרוני באיברים התורמים.בניגוד להשתלתות טבעיות, ניתן לתכנן את המבנים הסינטטיים הללו עם יכולות ניטור משולבות מלכתחילה. חיישנים בלתי ניתנים להחלפה וניתן ללבוש לספק זרמים מתמשכים של נתונים על פרמטרים פיזיולוגיים מרכזיים, המאפשרים להעריך בריאות איברים, לזהות סימנים מוקדמים של דחייה, והתאמה אישית של טיפולים מוקדמים של דיכאון, אך ורק לאחר מכן, ללא טיפול פסיכולוגי, עד שלעתים קרובות, נשארות, אפילו תסמינים, ללא הפרעות, ללא הפרעות, אפילו טמפרטורות נדירות, ללא הפרעה, עד שעדיין, עד ש"כמתיקים, אפילו גורמות לסיבוכים מוקדמים של תאים מוקדמים של תאים מוקדמים, ללא הפרעה, ללא הפרעה, אפילו תקינים, ללא הפרעה, ללא הפרעה, ללא הפרעה, אפילו , ללא הפרעה, ללא הפרעה, ללא הפרעה, ללא הפרעה, ללא תקדים, ללא הפרעה מוקדמת, עד שהפכו לסיבוכים מוקדמים, עד שהפכו לסיבוכים מוקדמים, עד שהפכו לסיבוכים מוקדמים של תאים מוקדמים של , ללא הפרעה, אפילו , ללא הפרעה מוקדמת, ללא הפרעה מוקדמת, ללא הפרעה מוקדמת, ללא הפרעה מוקדמת, ללא הפרעה קלינית, ללא הפרעה מוקדמת, אפילו תסמינים,

היכולת לעקוב אחר זרימת הדם, מתח חמצן, pH, ריכוז גלוקוז, טמפרטורה וזן מכני בזמן אמת הופכת איבר מונדס מ שתל סטטי לתוך מרכיב דינמי, תגובתי של הפיזיולוגיה של המטופל. נתונים אלה מזינים לתוך מערכות תמיכה החלטות שיכולה להטיל התראות, להתאים את אספקת התרופות, או אפילו לגרום מיקרו-actuators אוטונומי בתוך ה פיגמוספירציה של האיבר.

סוגים של חיישנים המשמשים באיברים ממונדסים

מערך רחב של טכנולוגיות חיישן הותאם להשתלה לרקמות מונדסות.כל סוג מנצל מנגנון משיכה שונה כדי להמיר אות ביולוגי או פיזי לקראת חשמל.הבחירה של חיישן תלויה באורגן היעד, בפרמטר הפיזיולוגי של עניין, ואת מגבלות של ביו-קופטרון וצריכת חשמל.

חיישן אלקטרו-כימי

חיישנים אלקטרוכימיים מודדים מינים כימיים באמצעות חמצון או ירידה תגובות על משטח אלקטרודה.הם משמשים נרחב לפקח על גלוקוז, לקטט, חמצן (הסתה OIRFLT:02 לבנות FLT:1), ו- pH באיברים מהונדסים לאחרונה, למשל, צורך גלוקוז oxidase-coated amperometric יכול לעקוב אחר צריכת גלוקוז ב pancretic הוא שינוי, המספקת גירוי חמצן בצורת, באופן דומה, 000 של חמצן.

חיישנים Piezoelectric

חיישני Piezoelectric מייצרים מטען חשמלי בתגובה לעיוות מכני.הם שימושיים במיוחד עבור נוקשות רקמות ניטור, גמישות, וזן דינמי באיברים ממונדסים כגון ליצי לב או בנייה שלפוחית השתן. סרט ⁇ חשמלי בתוך תיקון לב יכול לדווח על כוח החוזים שנוצר על ידי הקרדיונים המתבגרים של הלב (Crenapid) אשר מאפשר לחוקרים להעריך את ההשתלה תפקודית לפני השתלת in a cardiac phosicials, 000 גרם ל-pidesicials) לאזן את גלי חום הדם החיצוני של אנרגיה מוגברת של גירויים אלה.

חיישנים אופטיים

חיישנים אופטיים משתמשים באור (לעתים קרובות באורכי גל ליד- infrared) כדי למדוד פרמטרים כגון חמצן דם, היתוך רקמות, ו ריכוזים metabolite. Pulse oximetry ניתן ליישם באמצעות photoplethysmography מושתלת (PPG) בדיקות כי LEDs אור על ידי שבבים אופטיים אופטיים לתוך שבבים אופטיים אופטיים או משתקפים אור.

טמפרטורות חיישן

ניטור טמפרטורה Accurate הוא חיוני כי דלקת, זיהום, או overactivity מטבולית יכול לגרום גלאי טמפרטורה נוזלית (RTDs) ואת המrmist המבוססים על פלטינה או סיליקון ניתן להדפיס ישירות על תת-שכבות גמישות ולהשמיד על פני השטח של נתונים טמפרטורה מאונדס. טמפרטורות לעזור להבדיל דלקת סטרילי מדחייה מוקדמת יכול לשמש כדי להתאים את הפלט של רכיבים שנוצרו חום כגון מקלטים, 000 של הסביבה נטועת.

שינוי חושי

מעבר לסוגים הקלאסיים, טכנולוגיות חיישן חדשות נחקרות.חיישנים מגנטיים משנים את התדר הרציני שלהם בתגובה ללחץ יישומי או לסטיות, המאפשר ניטור אלחוטי פסיבי של נוקשות רקמות. Immunosensors - מבוסס על חיישנים אפקט שדה (FET) או עיוותי פני השטח (SPR) - יכול לזהות סממנים ביולוגיים ספציפיים של דחייה, כגון מטבוליזם של תאים גמישים או ממותקים מתפקודי של DNA.

אסטרטגיות אינטגרציה וזמינות

חיישנים Embedding לתוך איברים מהונדסים דורש שיקול זהיר של החומר הנפוץ, הגיאומטריה חיישן וממשק אלקטרוניקה.חיישנים לא להתפשר על השלמות המכנית של האיבר או דיפוזיה תזונתית.לדוגמה, שבב סיליקון נוקשה הממוקם בנוף הידרוגל רך יכול ליצור ריכוזים ולפגוע במידות התא. לכן, החוקרים משתמשים לעתים קרובות לימוזינה רכות כדי לקפל חיישנים גמישים על סרטים דקים (למשל, לדוגמה, לדוגמה, פוליגרפיד, או , , , , , מפוגל, יכול להיות מתאים) או .

ביו-קופטרון הוא רב-חשיבות.משטח החיישן חייב להיות מטופח עם שכבות נגד-fouling (למשל, פוליאתילן גליקול, זרחן) כדי למנוע מודעות חלבון והחזקה של תאים חיסוניים.בנוסף, חוטי חשמל מובילים של חיישן או אנטנה חייב להיות חתומה באופן ממטר כדי להגן על האלקטרוניקה מפני הסביבה הביולוגית הקורטוזיאלית.

צעד נוסף של אינטגרציה קריטית הוא הcapsulation של החיישן בתוך המריצה הנוספת של האיבר.לקט חיישנים עם קולגן או laminin יכול לקדם את החתך התאי ולמזער תגובה חיצונית בגוף זר.בכמה עיצובים, החיישן עצמו הופך למרכיב ספוג - לדוגמה, ננופיבר אדזואלקטרי אשר בו זמנית מספק תמיכה מכנית ומייצר אותות חשמליים בתגובה לטווח ארוך.

יישומים קליניים והטבות ברחבי מערכות איברים

הפוטנציאל של איברים מהונדסים מצופים חיישן משתרע כמעט לכל רקמות השתלות.למטה הם דוגמאות מרשימות.

מהנדס Liver Builds

רקמת Liver היא מטבולית מאוד רגישה לפציעה של איצ'מיה-reperfusion. Implantable חמצן וחיישנים pH מאפשרים ניטור רציף של תפקוד hepatic לאחר השתלה.ניסוי קליני הוא בדרך למכשיר כבד מלאכותי ביוא מלאכותי המשתמש חיישנים חמצן משובצים כדי להסדיר את זרימת הדם דרך תא הפטיטיס.אם רמות חמצן יורד מתחת לסף, המערכת מפעילה משאבה כדי להגדיל את ההיתוך - דוגמה מוקדמת של חיישנים סגורים, בנוסף לתפקוד דם תכופה.

קידני גרפטס

(הופנה מהדף קידני-און-עצ'יפ) מכשירים המצויים ב-ion- Effect Transistors (ISFET) מודדים ריכוזים אלקטרוליטיים (NaveFLT:0+earFLT:1, KIRLT:2+Felo:2+Felos 3, ClFLT:4 - FLT:5) בזמן אמתי כאשר מושתלים כמכשיר ראווה, מסייעים לעקוב אחר רמות סרדיונים של סרקוזידים של סרן של סרן של סרן (S) ו-אונדק (S) ו-Straicial) לאחר מעקב (S) לאחר בדיקה) ו-SKirdronicerati) לאחר מעקב (Straicial) של חוקרים).

מהנדס cardiac Patches

כתמים לב מושרשים עם תאי גזע בשפע רב-מעורר-קלוציטים ממוחזרים חייב לשלב חשמלית ומכנית עם רקמת Native. Piezoelectric ו- חיישנים מוטבעים ב- pt לספק מידע פעימות על התכווצות amplitude ותדירות. נתונים אלה יכולים להנחות טיפול מטושטש חשמלי לזהות arrhythmias שמקורו בתוך ה-ft.

ציוד פאניקה

חיישני גלוקוז הם co-encapsulated עם תאים של מקרו או מיקרו-devices. קריאה גלוקוז ניתן להשתמש כדי לגרום שחרור אינסולין ממאגרי מיקרו-השפעה, יצירת pancreas מלאכותי. חיישנים חמצן באותו מכשיר התראה מרפאות לאזורים של hypoxia כי עשוי להפחית הוא כוח.

אתגרים והגבלות נוכחיות

למרות התקדמות מהירה, כמה hurdles מעכב אימוץ קליני נרחב של איברים מהונדסים חיישן-הנדסיים (FLT:0BiocompatibilityFLT:1 נשאר ראשי תיבות של: אפילו ציפויים מתקדמים יכולים להציק תגובה גוף כרוני, המוביל לנחישות פיברטית (Verphic encapsulation) המבודדת את החיישן מרקמות ומדיקות של איכות ה-LTF:2Poweralure 3, במיוחד אם הם בעלי עוצמה ו-FLT5, במיוחד, אם הם בעלי עוצמה, אם הם בעלי עוצמה.

[הפרשנות] מציבה אתגרים: ריבוי אותות בזמן אמת מייצר נתונים עצומים שיש לעבד, לעתים קרובות באמצעות אלגוריתמי למידת מכונה, כדי להבחין בין וריאציות פיזיולוגיות נורמליות משינויים פתולוגיים. , כגון: FLT:0 FDAראה FLT: 0, 000 , 000 רזולוציה קפדנית של דיוק ואמינות לפני אישור מכשירים אבחון מותשת, ואת השילוב של חומרים מהונדסים בתוספת חיישנים מורכבים: 20Fv3 בקושי לעמוד בתקן ארוך LT5 חייב לעמוד בתקן גדול:

כיוונים עתידיים: לעבר ארגונים אוטונומיים, עצמיים

הדור הבא של איברים מהונדסים של חיישן עשוי להיות אוטונומי לחלוטין, מסוגל לאבחן עצמי ושיקום עצמי.(FLT:0BiodegradableחיישניםFLT:1 עשוי מחומרים כגון מגנזיום, אבץ, או משי מתמוסס לאחר החיים הניתוחים היעילים שלהם, הימנעות מצורך של חיישנים ללא חיישנים חסינה:2 רשתות חיישן ללא סייגים 3:3 בתוך האיברים יכולים להתאים באופן ישיר למיקרו-דלקתי של חמצן או לפלטפורמות חיצוניות, אפילו לשילוב של חמצן או לזיהומים.

(FLT:0) אינטליגנציה מלאכותית של LT:1 , יהיה תפקיד מרכזי בפרש זרמי נתונים על פני השטח.מודלים למידה עמוקה מאומן על נתונים גדולים מן שתלים פרה-קליניים ו קליניים יכולים לזהות דפוסים עדינים לפני דחייה או זיהום, המאפשר התערבות מוקדמת אישית הופכת להיות אפשרית: נתונים של לב, לדוגמה, ניתן להשתמש כדי להתאים את הזמן האנטי-שימי בזמן אמתי.

גבול נוסף הוא פיתוח של פלטפורמות אורגניזמים משולבים עבור בדיקות סמים FLT:1 . . . . . למערכות אלה יכול מודל פיזיולוגיה אנושית עם נאמנות גבוהה ואומץ על ידי חברות תרופות כדי להציג רעלות מוקדם בפיתוח.החיישנים משובצים שבבים אלה - כגון עמידות חשמלית טר-חללית (TE) אלקטרודות לגדר שלמות - פרוספק אמיתי קורא תשובות דלקתיות לשיטות נשימה מעולה כמו שימוש ב-i-i-i-i-i-i-i-i-i-i-i-iOS-iOS-iOS-iOS-ACT-ACT-ACT-ACT-ACT-ACT-ACT-ACT-ARM-D.

לבסוף, (FLT:0)regulatory ScienceFLT:1ir מתפתחת כדי לשמור על קצב עם חדשנות.ה- FDA הוציא טיוטה הדרכה על "חיישנים מושתלים עבור ניטור פיזיולוגי" והוא עובד עם ארגונים כמו ASTM בינלאומי כדי להגדיר בדיקות ציון עבור דיוק חיישן וארוכות.

מסקנה

השילוב של חיישנים לתוך איברים מהונדסים מסמן שינוי פרדיגמטי ברפואה להשתלת. ניטור בזמן אמת של זרימת דם, חמצן, pH, טמפרטורה ופעילות מכנית הופכת את המבנים האלה מהשתלות פסיביות במערכות חכמות, ראקטיביות, בעוד אתגרים הקשורים ביו-גמישות, כוח, סחף, אישור רגולטורי נשאר, קצב החדשנות באלקטרוניקה גמישה, חומרים מעוגלים, וטלמטריות מציע כי אלה יהיו להתגבר על ידי חומרים ביולוגיים לטווח ארוך, גם על ידי טיפול רפואי, אשר עשוי לקבל טיפול רפואי יעיל, גם כן, אשר עשוי להיות מסוגל גם כן, אשר עשוי להיות מסוגל להתגבר על ידי טיפול רפואי מסורקים, גם כן, אשר עשוי להיות מסוגל גם כן, טיפול רפואי ממעבדות, אשר עשוי לקבל את התוצאות של חומרים ביולוגיים ממעבדות, גם כן, אשר עשוי להיות מסוגל להתגבר על ידי טיפול רפואי ארוך, כמו גם כן, טיפול רפואי יעיל, טיפול רפואי ארוך, אשר עשוי להיות מסוגל להתגבר על ידי טיפול רפואי יעיל, אשר עשוי להיות מסוגל גם כן, טיפול רפואי יעיל, אשר עשוי להיות מסוגל להתגבר על ידי טיפול פסיכולוגי, טיפול רפואי יעיל, הוא מקבל, כמו גם כן, הוא מקבל, הוא מקבל, טיפול רפואי יעיל, הוא מקבל, הוא מקבל, טיפול רפואי יעיל, 000 זמן רב-ידי חיישנים מונעים,