Вживляемые в тело датчики стали популярной разработкой у биоинженеров. Электроника может служить на благо медицины самыми разными способами. Внешние устройства, прикрепляемые к коже, отслеживают температуру, пульс, давление и циркуляцию крови. Эта информация очень полезна во время тренировок у спортсменов, а датчики, встроенные под кожу обычных людей, могут следить за минимальными изменениями в организме пациента, и отправлять сообщение врачу, если что-то пошло не так.
Команда биоинженеров из Массачусетского технологического института работает над созданием встраиваемого датчика из углеродных нанотрубок. Миниатюрное устройство можно будет вводить под кожу вместе с инъекцией (то есть без хирургического вмешательства), где оно будет постоянно следить за состоянием здоровья пациента на протяжении целого года. По истечении этого срока датчик нужно будет заменить.
Подобные устройства могут выполнять функции целой лаборатории: они будут постоянно измерять уровень сахара в крови, предупреждать о воспалениях, повышении давления или температуры, а также отправят сигнал, если в окружающей среде повышена концентрация вредных веществ, таких как загрязнения воздуха, опасные газы или яды.
Датчики из нанотрубок были изобретены инженером-химиком из MIT Николь Айверсон (Nicole Iverson). Вместе со своей командой исследовательница вживила прототип в тело мыши и опубликовала результаты испытания в статье журнала Nature Nanotechnology.
Нанотрубки, являющиеся одной из аллотропных модификаций углерода, могут широко применяться в медицине из-за миниатюрных размеров и высокой чувствительности. Они являются идеальным материалом для изготовления датчиков, поскольку их можно заставить светиться под инфракрасным светом при контакте с некоторыми химическими соединениями.
Для изготовления своих устройств Айверсон завернула углеродные нанотрубки в ДНК, чувствительную к окиси азота (NO), которую используют многие клетки для передачи сигналов друг другу. Из этой конструкции учёные создали два типа датчиков: первый, вводимый с инъекцией, предназначен для краткосрочного слежения за здоровьем пациента (к примеру, во время реабилитации после операции), и второй, имплантируемый хирургически, для долгосрочного мониторинга состояния пациентов, страдающих от рака, диабета или иммунных реакций после вживления искусственных суставов.
К датчикам краткосрочного наблюдения Айверсон и её коллеги прикрепили слой полимера, который не позволит нанотрубкам слипаться друг с другом, благодаря чему устройства смогут спокойно циркулировать по кровеносной системе, проходить через лёгкие и сердце, не нанося организму никакого вреда.
В ходе испытания устройств на лабораторных мышах, нанотрубки скопились в их печени. Когда это произошло, учёные вскрыли живот грызуна и посветили светом ближнего инфракрасного диапазона на печень. Нанотрубки "ответили" светом, указывая на присутствие окиси азота. Это означает, что где-то поблизости оказалась воспалённая зона. Точно так же можно будет запрограммировать мини-датчики загораться, если где-то рядом оказалась опухоль.
Другой тип датчиков, предназначенных для долгосрочного наблюдения, биоинженеры покрыли гидрогелем, а затем вживили в тело мыши. Устройства активировали с помощью инфракрасного лазерного луча, который способен проникать сквозь тонкие слои тканей организма. Точно так же, как и первые датчики, эти устройства загорались инфракрасным светом при контакте с окисью азота, указывая на воспаления. В организме грызунов нанотрубки функционировали 400 дней.
Следующим этапом, как пишут разработчики в пресс-релизе, будет подключение датчика из нанотрубок к другим медицинским устройствам. Айверсон рассматривает идею подключения своих датчиков к инсулиновой помпе, которая будет активизироваться при получении сигнала о повышении уровня глюкозы в крови. Нанотрубки будут загораться при достижении глюкозой определённой концентрацией и тем самым передавать сигнал помпе к началу подачи инсулина.
Также по теме:
Учёные изобрели подкожный микрочип для постоянной диагностики здоровья
Инженеры представили растягивающийся в три раза аккумулятор
Электронные татуировки будут следить за активностью мозга
Инженеры собрали самый гибкий транзистор на нанотрубках
Искусственные мышцы из вощёных углеродных нанотрубок поразили учёных своей прочностью
