Cette image en gros plan montre les détails de l'ultra-mince, capteur discret pour surveiller le flux sanguin dans le cerveau. Crédit :Georgia Tech
Un capteur sans fil suffisamment petit pour être implanté dans les vaisseaux sanguins du cerveau humain pourrait aider les cliniciens à évaluer la guérison des anévrismes, des renflements qui peuvent entraîner la mort ou des blessures graves s'ils éclatent. Le capteur extensible, qui fonctionne sans piles, serait enroulé autour de stents ou de dérivateurs implantés pour contrôler le flux sanguin dans les vaisseaux touchés par les anévrismes.
Pour réduire les coûts et accélérer la fabrication, la fabrication des capteurs extensibles utilise l'impression 3D par jet d'aérosol pour créer des traces d'argent conductrices sur des substrats élastomères. La technique de fabrication additive 3D permet la production de très petites caractéristiques électroniques en une seule étape, sans utiliser les procédés traditionnels de lithographie en plusieurs étapes en salle blanche. On pense que l'appareil est la première démonstration d'impression 3D par jet d'aérosol pour produire un implant implantable, système de détection extensible pour la surveillance sans fil.
« La beauté de notre capteur est qu'il peut être intégré de manière transparente aux stents médicaux ou aux dérivateurs de flux existants que les cliniciens utilisent déjà pour traiter les anévrismes, " a déclaré Woon-Hong Yeo, professeur adjoint à la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering de Georgia Tech et au Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering de Georgia Tech et de l'Université Emory. "Nous pourrions l'utiliser pour mesurer un flux sanguin entrant dans le sac anévrysmal afin de déterminer dans quelle mesure l'anévrisme guérit, et d'alerter les médecins si le flux sanguin change."
Inséré à l'aide d'un système de cathéter, le capteur utiliserait un couplage inductif de signaux pour permettre la détection sans fil de l'hémodynamique biomimétique de l'anévrisme cérébral. La recherche a été publiée le 7 août dans le journal Sciences avancées .
Le suivi de l'évolution des anévrismes cérébraux nécessite désormais des angiographies répétées à l'aide de produits de contraste pouvant avoir des effets secondaires néfastes. En raison du coût et des effets négatifs potentiels, l'utilisation de la technique d'imagerie doit être limitée. Cependant, un capteur placé dans un vaisseau sanguin pourrait permettre des évaluations plus fréquentes sans utiliser de colorants d'imagerie.
Le capteur de débit sanguin sans fil est extensible, lui permettant de se conformer à un stent pour l'implantation. Crédit :Georgia Tech
"Pour les patients qui ont subi une intervention, nous serions en mesure de dire si l'anévrisme s'obtient comme il se doit sans utiliser d'outils d'imagerie, ", a déclaré Yeo. "Nous serons en mesure de mesurer avec précision le flux sanguin pour détecter des changements aussi petits que 0,05 mètre par seconde."
Le capteur à six couches est fabriqué à partir de polyimide biocompatible, deux couches distinctes d'un maillage réalisé à partir de nanoparticules d'argent, un matériau d'encapsulation de polymère diélectrique et mou. Le capteur serait enroulé autour du stent ou du déflecteur de flux, qui doit avoir un diamètre inférieur à deux ou trois millimètres pour s'insérer dans les vaisseaux sanguins.
Le capteur comprend une bobine pour capter l'énergie électromagnétique transmise par une autre bobine située à l'extérieur du corps. Le sang circulant à travers le capteur implanté change sa capacité, qui modifie les signaux passant par le capteur sur leur chemin vers une troisième bobine située à l'extérieur du corps. Dans le laboratoire, Yeo et ses collaborateurs ont mesuré les changements de capacité à six centimètres d'un capteur implanté dans la viande pour simuler le tissu cérébral.
"Le débit est très bien corrélé avec le changement de capacité que l'on peut mesurer, " a déclaré Yeo. " Nous avons rendu le capteur très fin et déformable afin qu'il puisse répondre à de petits changements dans le flux sanguin. "
L'utilisation de la technique d'impression 3-D par jet d'aérosol était essentielle pour produire l'électronique extensible et flexible nécessaire au capteur. La technique utilise un spray de particules d'aérosol pour créer des motifs, permettant des tailles de caractéristiques plus étroites que l'impression à jet d'encre conventionnelle.
Les capteurs sans fil sont réalisés à l'aide d'une imprimante 3D à jet d'aérosol. Un exemple du film de nanoparticules d'argent est montré sur la droite. Crédit :Georgia Tech
"Nous pouvons contrôler la vitesse d'impression, la largeur d'impression, et la quantité de matière projetée, " a déclaré Yeo. " Les paramètres peuvent être optimisés pour chaque matériau, et nous pouvons utiliser des matériaux qui ont une large gamme de viscosités."
Parce que le capteur peut être fabriqué en une seule étape sans installations de salle blanche coûteuses, il pourrait être fabriqué en plus grand volume à moindre coût.
La prochaine phase du capteur d'anévrisme sera capable de mesurer la pression artérielle dans le vaisseau ainsi que les débits. "Nous pourrons mesurer comment la pression contribue au changement de débit, " expliqua Yeo. " Cela permettrait à l'appareil d'être utilisé pour d'autres applications, telles que les mesures de la pression intracrânienne."
L'équipe de recherche de Yeo a également développé un moniteur de santé flexible et portable capable de fournir un ECG et d'autres informations. Il dit que le succès de la technique de surveillance démontre le potentiel de l'électronique douce sans fil intelligente et connectée basée sur les nanomatériaux, mécanique extensible, et les algorithmes d'apprentissage automatique.
« Nous sommes ravis que les gens reconnaissent maintenant le potentiel de cette technologie, " Yeo added. "There are a lot of opportunities to integrate this sensing mechanism into ultrathin membranes that are implantable within the body."
