Malzemelerin yakınlaştırılması ve kalp tıbbı, bu dönüşümün kalbindeki önemli bir adım attı - dış uyaranlara yanıt veren ve bu malzemeleri doğrudan hızlayıcıya entegre ederek, konutlara veya algılayıcılara dayanan cihazlara entegre ederek, araştırmacılar organik olarak değişen cihazların ötesine geçmeyi hedefliyorlar.

Smart Materials Nedir?

Akıllı malzemeler, aynı zamanda duyarlı veya akıllı malzemeler olarak da bilinir, geleneksel mühendislik malzemelerinden ayrı olarak geri dönüşümlü değişiklikler yapmak için tasarlanmıştır - şekli, sertlik, elektrik iletkenliği veya vizyumlar gibi - belirli dış tetikleyicilere maruz kaldığı zaman, pH, elektrik veya manyetik alanlar, stres veya ışık. Bu dinamik davranışlar onları geleneksel mühendislik malzemelerinden ayırıp gerçek zamanlı olarak uyarak cevaplar gerektiren uygulamalar için eşsiz bir şekilde uygun hale getirir.

Çeşitli akıllı malzemeler sınıfları biyomedikal cihaz tasarımında önemli bir ilgi buldu:

  • [FONT:0)Shape bellek alaşımları (SMAs)), örneğin nikel-titanyum (Nitinol) gibi, bir geçiş sıcaklığının üzerinde ısıtıldığında önceden tanımlanmış bir şekli geri alabilir.In speedmaker, SMAs kendini arabacık dokuya veya elektrot temas gücüne yönlendirebilir.
  • [FONT:0)Piezoelektrik malzemeleri[[Dönetici:0)[Dönetici) [FONT][/FONT), elektrik alanı uygulandığında elektrik şarjı yapan elektrik yükü oluşturur.
  • [FONT=0]Electroaktif polimerler (EAPlar)[Dönetici ve iyonik çeşitleri dahil olmak üzere, bu değişim şekli veya elektrik uyarıları altında hacimler. onların esnekliği ve düşük güç gereksinimleri onları yumuşak hareketleyiciler ve mikrovallar için aday yapar.
  • [FONT:0)Magnetostrik malzemeler[Dönetici: 1), manyetik alana yanıt veren, kablosuz hareket veya enerji dönüşümü için başka bir rota sunan bir manyetik alana cevap veren.
  • [FONT:0) Kendi kendine özgü polimerler[[Dönetici: 1), mikrokracaları otonom olarak tamir edebilir, cihazı ömür boyu uzatmaya umut eder.

Akıllı malzeme belirli bir hız makinesi için seçimi, gerekli yanıt hızı gibi faktörlere bağlıdır, malzemenin biyokopatlanabilirliği ve implante edilen cihazın gücü bütçesine bağlıdır. Örneğin, şekli hafıza davranışı genellikle mevcut olan dirençlere dayanır ve dokuyu çevreleyen aşırı ısıtmadan kaçınmalıdır.

Pacemaker Teknolojisi

1950'lerin ilk dış hız yapıcılarından, egzersiz sırasında kalp hızını ayarlamak veya geri almak için hızlayıcı mühendisliği, bir hastanın hemodinamik durumu – kan basıncında değişiklikler gibi – kardiya oksijen talebi – ve bakımsız bir şekilde-vaplama sensörlerinin – ve bu dolaylı önlemler, bir hastanın hemodinamik durumu tam karmaşıklığının – tam karmaşıklığının – kan basıncındaki değişiklikler – kardiyak çıktısı veya bölgesel oksijen talebinin – ve yanlış anlaması gibi – ve yanlış anlamaları veya uygunsuz bir şekilde çözemez.

Akıllı malzemeler, bir sürükümlü elektrotiğe entegre edilmiş bir yaklaşım sunar.Farklı sensörler ve işleme devrelerine güvenmek yerine, malzemenin kendisi aynı anda bir sensör ve eylemci olarak hizmet edebilir.Örneğin, bir pacing elektrode ile entegre edilmiş bir dizi gerilim, kalpli sözleşmeye göre orantılı olarak üretebilir ve aynı sinyal aynı zamanda uyarı zamanlamasını düzeltebilir.

Aible Pacemakers'daki Akıllı Malzeme Uygulamaları

Anahtarlama ve düzeltme için bellek kaplamaları

Ana Sayfa: İngilizce'de kullanılan bir uygulama, yüksek çözünürlükte, bir dizide, bir dizide, bir dizide, bir dizide, bir tane dahaki sefere, bir dizin veya ekste, Britanyalı araştırmacıların, örneğin, bir çiftliğe geçiş sırasında, küçük profilli bir şekilde, yüzeysel bir sabitliğe kadar uzanan bir sabit bir şekilde yönlendirilen bir sabitliğe yol açan bir sabitliğe yol açtılar.

Düzeltmenin ötesinde, SMAs, biyomedikal malzemelere yönelik öncü bir vücudun eğriliğini dinamik olarak ayarlar (bakınız:0).IEEE İşlemleri zamanla Biyomedikal Mühendisliğine rağmen, 2024)).

Piezoelektrik Enerji Hasat ve Sensing

Pacemaker bataryaları sonlu bir yaşama sahiptir, genellikle 5–15 yıl, cerrahi yedek gerektirir. Piezoelektrik enerji toplayıcıları, polivinylidene fluoride (PVDF) veya esnek lead zirconate (PZT) kompozitler, elektrik enerjisi şarj edilebilir, potansiyel olarak bataryasız bir işlemdeki bataryaların kalbinin etrafındaki bir sürüklü bir şekilde toplayabilir.

Simultane olarak, aynı pastazoelektrik elementleri, her kalp atışı tarafından üretilen gerilimi ölçerek, cihazın sözleşme yeterlilikleri, önceden yük ve ritmi düzensizliği ile ilgili temel avantaja sahip hastalardan daha fazla yararlanabilir.Bu dual sensör-harvester rolü akıllı malzeme entegrasyonunun verimliliğini artırabilir. Adaptif bir pacing algoritmaları, bu sinyalleri hastanın ihtiyaç duyduğu tepkinin onlara tepkinin yerine getirilmesi için kullanabilir - bu iki sensör-harvester rolü.

Yumuşak Actuation için elektroaktif polimerler

Elektroaktif polimerler (EAP), özellikle de dielektrik elastomer hareketleri, hafif, esnek bir alternatif motor tabanlı mekanizmalar sunmaktadır. Bir hız makinesi ortamında, EAPs, birkaç volt olmadan elektrot dizisinin yönlendirmesini veya baskısını ayarlamak için kullanılabilir.Onlar standart bir şarj edici bataryaları ile uyumlu hale getirmek için.

Kendini tanımlayan malzemeler Longevity

Pacemaker, her kalp atışını her kalp atışını milyarlarcaa karşı koymalı. Mikroköksüz veya iletken teller, liderlik başarısızlığının birincil nedenidir.Kendi kendine özgü polimerler (Dönetici kovalent tahviller) otomatik olarak çatlakları kırabilir, çünkü polikreatif ve mekanik bütünlüğü geri yüklemez.

Klinik Uygulamada Anahtar Faydaları

Akıllı malzemeler hız makinesi tasarımına etkin bir şekilde dahil edildiğinde, birkaç klinik fayda ortaya çıkmaktadır:

  • [FONT:0)Kişiselleştirilmiş terapi: [Dönetici: 0,4] Cihazın geniş bir algoritmaya değil, hastanın kendi mekanik ve elektrik sinyallerine adapte olması. Bu, stres sırasında kalpli çıktıyı geliştirip geri almaması için daha iyi bir şekilde artırabilir.
  • [FONT:0)Redüktörler:[Dönemli) SMA tabanlı, daha az doku travmasına neden oluyor. Piezoelektrik sensörleri, ayrı biyosensorlar için ihtiyacı ortadan kaldırır, liderlik sayını ve enfeksiyon riskini azaltır. Self-healing yalıtım sıvı ingress ve kısa devreleri önler.
  • [FONT:0)Enhanced uzunluğu:[Dönetici: 0,4][/FONT:0) Enerji hasat ve mekanik aşınmayı kendi kendine özgü malzemeler arasında uzatarak, cerrahi komplikasyonların genel riskini azaltır.
  • [FONT:0) Gerçek zamanlı adaptasyon: [Dönetici:[Dönemli Geçersiz Geçerli Malzeme Seviyeye Yanıt Verilebilir Bir Kilitli Bir Mekanik Olayın Mikrosaniyeleri içinde bir sinyal oluşturabilir, gerçek yen-en-en-en iyileştirici bir sürücüyü etkinleştirin - işleme ve filtreleme gerektiren dijital sensörlerle mümkün değildir.

Bu avantajlar erken hayvan çalışmalarında ve hesaplama modellerinde gösterilmiştir. Örneğin, 2022 yılında yapılan bir çalışma:0)Cardiovascular Mühendisliği ve Teknoloji[DÜT:1), şekli hafıza alaşım tabanlı bir yönlendirme ipucunun sabit bir vida tasarımıyla% 40 azaltabileceğini göstermek için sonlu elemanlar analizi kullandı.

Meydanlar ve Devamlı Araştırma

Sözcülüğe rağmen, akıllı malzemeler ticari adeptif hız yapıcılarda standart hale gelmeden önce birkaç engel aşılmalıdır.

[FONT:0]Biocompatability [DDDDÜT:1], vücutta kullanılan herhangi bir malzeme, toksik olmayan, toksik olmayan ve biyolojik olarak, ve Nitinol'dan korunmaya dirençli olsa da, yüzey tedavilerini ve kaplamaları iyi inşa edilmiş, ancak bu kaplamaları azaltıcı bileşenlerdir.

[FONT:0] Kronik bisiklet altında kullanılabilirlik[[Dönetici: 1 ) Başka bir konudur. Bir hız makinesi günde 100.000 kez esnektir - 8 yıllık bir yaşam süresi içinde 3 milyar kez Piezoelektrik seramikleri doğal olarak sert ve yorgunluk olabilir.

[FONT:0)Öyle kontrol mekanizmaları[Dönetici:0]Ölçücüler, eğrilikli sistemler için gerekli olan ısıtıcıları, hastanın kendi hareketlerinden elde etmek için dikkatli bir şekilde düzenlemeli, ki bu, sedentary bireylerde yetersiz olabilir.

[FONT:0]Yönergesel engeller[[Dönetici: 1 ) Ayrıca ABD Gıda ve İlaç Yönetimi (FDA) ve Avrupa Tıp Ajansı uzun süreli implantasyon için planlanan yeni bir malzeme veya mekanizmanın titiz testlerini gerektirir. Tüm sistem -malzeme, davranışlama planı, kontrol algoritması ve hismetici paketleme - birlikte doğrulanabilir.

Şu anki araştırmalar bu zorlukların ele alındığı gibi, Michigan Üniversitesi'nde bir ekip, mikrokapıyalara güvenmeyen, ancak birincil bataryayı boşaltmadan önce SMA'ların yeniden şekillendirilmesine izin veren biyoakonomik bir tedavi geliştirdi.

Future Yol Tarifi

İleriye bakıldığında, yapay zeka ile akıllı malzemelerin entegrasyonu, bir hastanın eşsiz fizyolojisine tam olarak adapte olan ve adapte olan tüm otonom hız yapıcılar üretebilir. Örneğin, bir pastazoelektrik sensörü, hızlayıcının düşük güç çipine sürekli güç ve zaman çizelgesi verilerek, daha iyi yakalama için elektrot pozisyonuna geçiş yapabilir.

Kablosuz güç ve veri arabirimleri, geleneksel hız yapıcılar için zaten geliştirilmekte olan, akıllı malzemelerin çeşitli enerji profillerini barındırmak zorunda kalacaktır. ölçeklenebilir bir yaklaşım, SMA ısıtma ve hile gücü için patlama gücü için tek bir manyetik rezonans bağlantısı kullanabilir, implantın mikro kontrolleri tarafından kontrol edilen tüm kontrol edilir.

Başka bir sınır:0)hastaya özgü kalibrasyon[Dönetici:0) C ⁇ bir bireyin kalp geometrisi ve mekanik modelleri, preoperatif MRG'den elde edilen, doku algılama ve pacing için özel bir akıllı malzeme bazlı bir yol tasarlamak için kullanılabilir.

Son olarak, tamamen biyodegrad edilebilir akıllı malzemeler, cihaz parçalanması için geçici hız vericilerine yol açabilir, arrhythmia çözülür.Aksiyel polimerler ve magnezyum alaşımları zaten var; Adaptif bir işlevsellik ekliyor (örneğin, cihaz parçalanmış olarak iletişim kurmak için şekil hafıza).

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Akıllı malzemeler, hızlı bir şekilde tasarımda bir paradigma değişikliği sunuyor - katı, sensör-reliant sistemlerden gerçekten uyarlanabilir, materyal-intrinsic platformları için.Kendi kendini uyandıran yollara, enerji hasatlarına, yumuşak hareketlere ve kendi kendine bağlı olarak, bu malzemeler, uzun süre boyunca kısıtlayıcı kısıtlamalara maruz kalıyor, tedavi oranları ve kişiselleştirmeye devam edebilir.