Deteksi Penyakit Kronis dengan Sensor 'Biodegradable'

Sensor baru ini mampu menangkap berbagai tekanan fisiologis seperti yang ditemukan di otak, di belakang mata, dan di perut.

Ilmuwan dari University of Connecticut (Uconn) mengembangkan sebuah sensor biodegradable. Teknologi ini dapat membantu dokter memantau penyakit paru-paru kronis, pembengkakan otak, dan kondisi medis lainnya.

Semua penyakit kronis akan terdeteksi sebelum sensor tersebut larut tanpa ancaman bahaya pada tubuh pasien. Sensor kecil dan fleksibel yang dikembangkan ilmuan Uconn ini terbuat dari bahan yang aman secara medis yang telah disetujui oleh U.S. Food and Drug Administration.

Sensor ini digunakan pada jahitan bedah, cangkokan tulang, dan implan medis. Sensor ini dirancang untuk menggantikan sensor implan yang ada yang memiliki komponen beracun, dimana sensor tersebut harus dilepas setelah digunakan, sehingga pasien harus melakukan prosedur invasif tambahan, memperpanjang waktu pemulihannya, dan meningkatkan risiko infeksi.

Sensor yang dikembangkan UConn ini mampu memancarkan muatan listrik kecil saat tekanan diterapkan terhadapnya, perangkat tersebut juga dapat digunakan untuk memberikan rangsangan listrik untuk regenerasi jaringan. Aplikasi potensial lainnya termasuk memantau pasien dengan glaukoma, penyakit jantung, dan kanker kandung kemih.

"Kami sangat senang karena ini adalah pertama kalinya bahan biokompatibel ini digunakan dengan cara ini," kata Thanh Duc Nguyen, asisten profesor teknik mekanik dan biomedis di Institute of Regenerative Engineering di UConn yang terlibat dalam riset ini.

"Sensor medis sering ditanamkan langsung ke jaringan lunak dan organ," catat Nguyen. Sementara itu, mengeluarkan kembali sensor dapat menyebabkan kerusakan tambahan." Kami tahu bahwa jika kita bisa mengembangkan sensor yang tidak memerlukan operasi untuk mengeluarkannya, itu akan sangat penting." Tambah Nguyen.

Prototipe sensor yang sudah dibuat di laboratorium terdiri dari sebuah film polimer tipis yang panjangnya lima milimeter, lebar lima milimeter, dan tebal 200 mikrometer. Sensor itu ditanamkan di perut tikus untuk memantau laju pernafasan tikus. Sensor mampu bekerja sebelum akhirnya meluruhkan komponen organik sensor.

Untuk memastikan sensor itu juga aman secara medis, para peneliti menanamkannya di belakang tikus dan kemudian diawasi untuk mendapat tanggapan dari sistem kekebalan tubuh tikus. Hasilnya hanya menunjukkan sedikit pembengkakan setelah sensor dimasukkan, dan jaringan sekitarnya kembali normal setelah empat minggu.

Salah satu tantangan terbesar proyek tersebut adalah mendapatkan material biodegradable untuk menghasilkan muatan listrik saat dikenai tekanan, sebuah proses yang dikenal sebagai efek piezoelektrik. Dalam keadaan biasa, polimer aman secara medis yang digunakan untuk sensor - produk yang dikenal sebagai Poli (L-laktida) atau PLLA - bersifat netral dan tidak memancarkan muatan listrik di bawah tekanan.

Eli Curry, seorang mahasiswa pascasarjana di laboratorium Nguyen dan penulis utama dalam makalah ini, memberikan terobosan utama proyek ini ketika dia berhasil mengubah PLLA menjadi bahan piezoelektrik dengan memanaskannya dengan hati-hati, meregangkannya, dan memotongnya pada sudut yang benar sehingga bagian dalamnya. Struktur molekul diubah dan mengadopsi sifat piezoelektrik. Curry kemudian menghubungkan sensor ke sirkuit elektronik sehingga kemampuan penginderaan material material bisa diuji.

Ketika disatukan, sensor UConn dibuat dari dua lapisan film PLLA piezoelektrik yang terjepit di antara elektroda molibdenum mungil dan kemudian dienkapsulasi dengan lapisan asam polylactic atau PLA, produk biodegradable yang biasa digunakan untuk sekrup tulang dan perancah jaringan. Molibdenum digunakan untuk bidang kardiovaskular dan implan panggul.

Film PLLA piezoelektrik mengeluarkan muatan listrik kecil saat tekanan paling lama diterapkan untuk melawannya. Sinyal listrik kecil itu bisa ditangkap dan dikirim ke perangkat lain untuk ditinjau oleh dokter.

Sebagai bagian dari bukti uji konsep untuk sensor baru tersebut, tim peneliti memasang sensor implan ke penguat sinyal yang ditempatkan di luar tubuh tikus. Penguat kemudian mentransmisikan sinyal listrik yang disempurnakan ke osiloskop dimana pembacaan sensor dapat dilihat dengan mudah.

"Pembacaan sensor selama pengujian sama dengan perangkat komersial yang ada dan sama andalnya". Kata Curry. Sensor baru ini mampu menangkap berbagai tekanan fisiologis seperti yang ditemukan di otak, dibelakang mata, dan di perut.

Sensitivitas sensor dapat disesuaikan dengan mengubah jumlah lapisan PLLA yang digunakan dan faktor lainnya. Nguyen dan timnya sedang menyelidiki cara untuk memperpanjang masa pakai fungsional sensor.

Tujuan utama lab adalah mengembangkan sistem sensor yang benar-benar dapat terurai secara hayati di dalam tubuh manusia. Namun sampai saat itu, sensor baru dapat digunakan dalam bentuknya saat ini untuk membantu pasien menghindari operasi pengangkatan invasif, kata para periset.

"Ada banyak aplikasi. untuk sensor ini, " kata Nguyen. "Katakanlah sensor tertanam di otak Kita bisa menggunakan kabel biodegradable dan menempelkan elektronik terdehidrasi yang jauh dari jaringan otak yang halus, seperti di bawah kulit di belakang telinga, mirip dengan implan koklea hanya memerlukan perawatan ringan untuk menghilangkan elektronik tanpa khawatir sensor berada dalam kontak langsung dengan jaringan otak yang lembut,". Nguyen dan tim risetnya telah mengajukan hak paten untuk sensor baru tersebut.nik/berbagai sumber/E-6

Teknologi Cek Jantung dengan 'Kulit' Fleksibel

Para ilmuwan menggabungkan lapisan bahan fleksibel ke sensor tekanan untuk membuat monitor jantung yang dapat dipakai, lebih tipis dari dolar. Perangkat seperti kulit ini, suatu hari nanti bisa menjadi cara yang lebih aman bagi dokter untuk memeriksa kondisi hati pasien.

Zhenan Bao, seorang profesor teknik kimia di Stanford University, telah mengembangkan monitor jantung yang lebih tipis dari pada uang dolar dan tidak lebih luas dari perangko. Monitor seperti kulit yang fleksibel, yang dikenakan di bawah perban perekat pada pergelangan tangan, cukup sensitif untuk membantu dokter mendeteksi arteri kaku dan masalah kardiovaskular.

Perangkat itu suatu hari nanti dapat digunakan untuk melacak secara terus menerus kesehatan jantung dan memberi dokter metode yang lebih aman untuk mengukur tanda vital utama bagi pasien bedah berisiko tinggi dan bayi berisiko tinggi lainnya.

"Denyut nadinya berhubungan dengan kondisi arteri dan kondisi jantung," kata Bao, yang laboratoriumnya mengembangkan bahan mirip kulit buatan. "Semakin baik sensornya, maka akan semakin mudah sebelum mereka berkembang." Kata Bao.

Dokter sudah menggunakan sensor yang sama, meski jauh lebih besar, untuk melacak kesehatan jantung pasien selama operasi atau saat mengonsumsi obat baru. Tapi di masa depan perangkat Bao bisa membantu melacak tanda vital lainnya.

"Secara teori, sensor semacam ini bisa digunakan untuk mengukur tekanan darah," kata Gregor Schwartz, peneliti lain yang terlibat dalam riset ini. "Begitu Anda memilikinya dikalibrasi, Anda bisa menggunakan sinyal denyut nadi untuk menghitung tekanan darah Anda," tambah Schwartz.

Metode pemantauan kesehatan jantung non-invasif ini bisa menggantikan perangkat yang disisipkan langsung ke arteri, yang disebut kateter intravaskular.

Kateter ini menciptakan risiko infeksi yang tinggi, membuat perangkat ini tidak praktis untuk bayi baru lahir dan pasien berisiko tinggi. Dengan demikian, monitor eksternal seperti yang dikembangkan Bao dan timnya bisa memberi cara lain yang lebih aman bagi dokter untuk mengumpulkan informasi tentang jantung, terutama saat bayi operasi.

Tim Bao bekerja sama dengan periset Stanford lainnya untuk membuat perangkat benar-benar nirkabel. Dengan menggunakan komunikasi nirkabel, dokter dapat menerima status jantung pasien melalui telepon genggam, semua berkat perangkat setebal rambut manusia.

"Bagi beberapa pasien dengan potensi penyakit jantung, mengenakan perban akan memungkinkan mereka untuk terus mengukur kondisi jantung mereka," kata Bao. "Ini bisa dilakukan tanpa mengganggu kehidupan sehari-hari mereka sama sekali, karena perangkat ini benar-benar hanya membutuhkan perban kecil," tambah Bao. Tim ini mempublikasikan karyanya dalam Nature Communications.nik/berbagai sumber/E-6