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Blutflusssensor arbeitet batterielos und ist biologisch abbaubar

Ingenieure und Mediziner der Stanford University haben hochempfindliche Berührungssensoren transformiert und erweitert, um den Blutfluss nach einer Operation drahtlos zu überwachen.

Der neue Sensor könnte es den Ärzten erleichtern, den Erfolg der Blutgefäßoperation besser als bisher zu überwachen. Der Sensor, der in einem Beitrag in "Nature Biomedical Engineering" beschrieben wird, überwacht zum Beispiel den Blutfluss durch eine Arterie.

Das Sensorsystem ist biologisch abbaubar, batterielos und kabellos. Es ist daher kompakt, muss nicht entfernt werden und kann den Arzt eines Patienten bei einer Blockade warnen.

"Die Messung des Blutflusses ist in vielen medizinischen Fachgebieten von entscheidender Bedeutung, sodass ein drahtloser, biologisch abbaubarer Sensor mehrere Disziplinen beeinflussen könnte, darunter Gefäß-, Transplantations-, rekonstruktive und Herzchirurgie", sagte Paige Fox, Assistenzprofessor für Chirurgie und Co-Senior-Autor des Forschungsberichtes.

"Da wir versuchen, Patienten in der gesamten Bay Area, Central Valley, in Kalifornien und darüber hinaus zu versorgen, ist dies eine Technologie, die es uns ermöglicht, unsere Versorgung zu erweitern, ohne dass persönliche Besuche oder Tests erforderlich sind."

Die Überwachung des Erfolgs einer Operation an Blutgefäßen ist eine Herausforderung, da die ersten Anzeichen von Problemen oft zu spät kommen.

Zu diesem Zeitpunkt benötigt der Patient oft eine zusätzliche Operation, die ähnliche Risiken wie das ursprüngliche Verfahren birgt. Mit diesem neuen Sensor könnte der Arzt ein heilendes Blutgefäß sozusagen aus der Ferne im Auge behalten und so Möglichkeiten für frühere Interventionen erhalten.

Der Sensor umschließt das Heilgefäß, wo das vorbeifließende Blut auf seine Innenfläche drückt. Wenn sich die Form dieser Oberfläche ändert, verändert sich die Fähigkeit des Sensors, elektrische Ladung zu speichern, die Ärzte aus der Ferne von einem Gerät in der Nähe der Haut, aber außerhalb des Körpers erkennen können.

Dieses Sensorsystem fordert einen Messwert durch einen Ping an die Antenne des Sensors an, ähnlich wie ein ID-Kartenscanner. In Zukunft könnte dieses Gerät in Form eines Aufklebers erscheinen oder in andere Technologien, wie tragbare Geräte oder Smartphones, integriert werden.

Die Forscher testeten den Sensor zunächst in einer künstlichen Umgebung, wo sie Luft durch einen arterienähnlichen Schlauch pumpten, um den pulsierenden Blutfluss nachzuahmen.

Der Chirurg Yukitoshi Kaizawa, ein ehemaliger Postdoktorand in Stanford und Mitautor des Forschungsberichtes, implantierte den Sensor ebenfalls um eine Arterie in einer Ratte.

Selbst in einem so kleinen Maßstab meldete der Sensor erfolgreich den Blutfluss an das drahtlose Lesegerät. Zu diesem Zeitpunkt waren die Forscher nur daran interessiert, komplette Blockaden zu erkennen, aber sie erkannten Hinweise darauf, dass zukünftige Versionen dieses Sensors feinere Schwankungen des Blutflusses erkennen könnten.

Der Sensor ist eine drahtlose Version der Technologie, die die Chemieprofessorin Zhenan Bao entwickelte, um Prothesen einen feinen Tastsinn zu verleihen.

"Dieser hat eine Geschichte", sagte Bao. "Wir waren immer daran interessiert, wie wir diese Sensorarten in medizinischen Anwendungen einsetzen können. Aber es hat eine Weile gedauert, bis wir die richtige Lösung gefunden haben."

Die Forscher mussten ihre vorhandenen Sensormaterialien so modifizieren, dass sie ausreichend empfindlich auf pulsierendes Blut reagieren, aber auch starr genug sind, um deren Form zu erhalten.

Sie mussten auch die Antenne an einen Ort bringen, an dem sie sicher ist, dass sie nicht von der Pulsation beeinflusst wird. Schließlich musste man auch den Kondensator so umgestalten, dass er um eine Arterie herum gewickelt werden kann.

"Es war ein sehr anspruchsvolles Projekt und erforderte viele Runden von Experimenten und neuen Entwürfen", sagte Levent Beker, Mitautor der Arbeit und Postdoc im Bao-Labor.

Die Forscher suchen nun nach den besten Wegen, die Sensoren an den Gefäßen zu befestigen und ihre Empfindlichkeit zu verbessern. Sie erwarten auch andere Ideen, wenn das Interesse an diesem interdisziplinären Bereich wächst.

"Die Verwendung von Sensoren, die es einem Patienten ermöglichen, Probleme frühzeitig zu erkennen, wird zu einem Trend für ein präzises Gesundheitswesen", sagte Bao. "Es wird Experten aus dem Ingenieurwesen, der Medizin und der Datenverarbeitung dazu anregen, wirklich zusammenzuarbeiten, denn die Probleme, die sie lösen können, sind sehr interessant."

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