中国国际医疗器械设计与制造技术展览会(Medtec China)2021

专注于为医疗器械研发与生产服务

2022年8月31-9月2日 | 上海世博展览馆1&2号馆

 

医疗器械制造展盘点应用于支架上的超灵敏传感器

2022-05-30

近几年,随着5G、物联网、传感器等前沿科技发展,包括传感器等医疗电子设备逐渐渗透到各个医疗器械领域,医疗器械制造展Medtec China观察到,结合传感器的相关“Smart stent”领域,存在着巨大的研究兴趣,各国研究者们通过将传感器集成到支架系统中,有望减少与各类血管系统疾病相关的并发症风险,并具备巨大的潜力来改善介入治疗的预后。


图2 不同的智能支架总结。(a)带有纳米过滤的光流控溶血传感器示意图,该传感器由用于细胞/血浆分离的纳米孔阵列组成,允许血红蛋白等小分子通过,同时阻挡红细胞、血小板和其他大成分的血细胞;(b)高度敏感的3D纳米等离子体传感器,具有高折射率灵敏度的微柱,可从细胞体中分离和检测丝状伪足,微柱顶部携带有膜的细胞体,而丝状伪足结构可通过纳米等离子体传感器通过间隙延伸到检测区域;(c)智能支架其中的支架主体作为天线,用于从集成传感器传输信号;(d)微焊接压力传感器,至316L SS支架的逐步过程

从上图1我们也可看出,只有你想不到,没有他们做不出,就像本次的封面图一样,Georgia Tech的研究者们采用通过电容变化来测量血流的纳米传感器,与血流导向装置集成,以监测颅内血流动力学的变化。还有一个例子是下图2,2009年的报道中,Purdue University的研究者们即开发了使用支架作为天线,来支持经皮无线遥测,以便从肺循环中监测压力的支架系统。


图3 (a)Zilver 635血管自膨式支架(Cook Medical);(b)与MEMS(Micro-electromechanical systems)电容式传感器集成的支架系统原型,具有发射器、无线供电和传感器接口电路的专用集成电路(Application-spcific integrated circuit,ASIC)


图4 Georgia Institute of Technology and Virginia Commonwealth University的研究者们开发的,与血流导向装置集成的纳米流量传感器,2018年已完成猪主动脉的体外测试

而随着材料学的更进一步,生物可吸收材料为更新一代的可生物降解传感器提供了启发,譬如注入纳米粒子系统的生物可吸收镁合金支架。医疗器械制造展Medtec China“第八届植入介入医疗器械中国峰会”覆盖植入医疗器械在临床应用中的现状与发展趋势以及植入性医疗器械在材料选择中的研发与设计案例,点击快速预登记。


图5 (a)具有温度/流量传感器、内存模块和纳米治疗剂(例如二氧化铈纳米颗粒和具有介孔二氧化硅纳米颗粒的金纳米棒)的生物可吸收镁合金支架;(b)和(c)嵌入SU-8聚合物无线微压力传感器(这个是具有电光特性的生物电子材料)的,3D打印聚己内酯聚合物支架,以及连接到外部天线以检测传感器谐振频率的支架系统;(d)和(e)嵌入在3D打印的聚己内酯内的,可生物降解聚(D-丙交酯)压力传感器;

(f)与L-C共振压力传感器集成的钴铬基裸金属支架(这张图大家应该很熟悉了,笔者也断断续续看过好几次)

一方面,具有生物相容性的传感器材料,在介入过程中通过曲折的脉管系统时必须完全安全密封,为了达成这一点,整个传感器系统应该是可拉伸和灵活的,不能妨碍正常的血流,更不能严重地影响介入器械的输送性能。其次,信息的有效传输永远是一个问题,在不显著增加支架系统厚度和面积的情况下,传输得到的准确信息必须能够指导和预测患者的预后。(达成这两点就非常困难了,当然还有其他的)



图6 智能支架的相关材料和技术

今天的最后,医疗器械制造展Medtec China再看回Georgia Tech研究者们,在Science Advances上5月的最新发表中,研究员Woon-Hong Yeo及团队报道了其开发的,可在所有血管内植入的印刷纳米膜软电子监测系统此无线且可磁场能量传输的支架系统,无需电池或电路即可实现血流动力学的无线实时监测。目前已完成了动物模型的测试;另,Yeo最近得到了National Science Foundation 3年400,000美金的资助,以专注于他的印刷纳米膜传感器和生物电子学研究。



图7 Woon-Hong Yeo和新开发的无线、电子血管监测支架系统

来源:MiHeart