Электронный пластырь с питанием по NFC: как технологии электротаксиса ускоряют регенерацию тканей

Международная команда инженеров создала гибкий электронный пластырь, предназначенный для ускоренного заживления тяжёлых ран и автоматического контроля процесса регенерации с помощью направленных электрических импульсов.

Как будто вслед за учеными из Цюриха с их имплантом от диабета на сцену выходят специалисты из Америки и Австралии и представляют нам гаджет для управления процессами регенерации тканей.

У здоровых людей порезы затягиваются достаточно быстро. Но для многих людей с проблемной кожей и для людей, страдающих от диабета в частности, это будет очень нужное приспособление.

Что из себя представляет сам гаджет?

Это очень тонкий многослойный пластырь толщиной меньше одного миллиметра. Каждый слой нанотехнологичен, выполняет свою функцию и дополняет работу следующего слоя.

Слои и составные части приспособления

Нижний слой (толщина 0,05-0,1 мм):

Составлен из гипоаллергенных материалов: мягкие полимеры и гидрогель. Он нужен для гибкости конструкции и плотной фиксации к открытой ране. Материал пористый и отлично имитирует особенности кожи человека: впитывает излишки выделений из самой раны, сохраняет влагу на поврежденных тканях тела.

Средний слой (толщина 5-10 микрон):

• Электроды стимуляции: тончайшее напыление из золота и графена. Схема спроектирована определенным образом, чтобы направлять клетки. Датчики температуры: предназначены для замера температуры для выявления воспалительных процессов. При повышении показателя меняется сопротивление дорожек, состоящих из золота.

• Микродатчики температуры: предназначены для замера температуры для выявления воспалительных процессов. При повышении показателя меняется сопротивление дорожек, состоящих из золота.

• Микродатчики pH: состоят из электрода сравнения (который представляет собой хлорид серебра) и полианилина, работают в связке. Ионы водорода влияют на полианилин, и тот меняет электрический потенциал.

Верхний слой (толщина ~0,3 мм) состоит из:

• Микросхема MCU на базе ARM: шлифуется до 100 микрон, благодаря чему кремний обретает особую пластичность. Алгоритм действий в нем выглядит так: он сверяет данные pH с заданной моделью заживления, а также замеряет электрическое сопротивление (импеданс) тканей, которое падает по мере того, как рана затягивается молодыми клетками.

• Тонкая медная петлевая антенна: работает в стандартном диапазоне NFC 13,56 МГц (исправлено с 12,56) и выполняет функцию трансформации пойманного сигнала от смартфона в электроэнергию для питания самого чипа. Данные телеметрии отправляются обратно на этот же смартфон.

• Защита электронной системы (капсуляция): электроника заливается полиуретаном или полидиметилсилоксаном (PDMS). Сам слой обладает водонепроницаемостью и защищает электронику от внешних факторов (повреждений, грязи, воды).

Технология процесса

При диабете клетки не могут идентифицировать путь для движения к поврежденному участку тела, так как кровообращение нарушено. Поэтому даже незначительная травма или порез могут вызвать гангрену, и как следствие — ампутацию конечности. Пластырь в этом случае с помощью электрического поля направляет иммунные клетки, фибробласты и кератиноциты к пораженному месту на теле.

Работает электронный бинт посредством особого физического явления — электротаксиса. Слабое электрическое поле двигает клетки в заданном направлении. Электрические импульсы происходят в определенном порядке, из-за чего клетки получают стимул и импульс двигаться к очагу в 3-4 раза быстрее.

Устройство само мониторит место поражения на теле с помощью специальных датчиков. По мере заживления раны чип в устройстве снижает интенсивность стимуляции, чтобы не уничтожить новые клетки и не перегрузить старые.

Итоги исследований

Тесты показали, что раны заживали за 5-7 дней, хотя в обычных условиях для этого бы потребовалось чуть меньше месяца. Ученые также заметили, что электрическое поле уничтожает бактериальные скопления, не давая инфекциям возможность размножаться.

Разработчики планируют провести серию клинических испытаний.

Первоисточник новости сайт Nature.com

Русскоязычные материалы nplus1.ru и techinsider.ru

Источник: https://www.nature.com