مهندسان هاروارد نسل بعدی دستگاه‌های قابل خوردن برای حس‌گری پیشرفته زیست‌پزشکی را معرفی کردند.

 

این پژوهش راه را برای ابزارهای جدید تشخیصی و جراحی باز می‌کند.

استفاده از دستگاه‌های بلعیدنی در پزشکی
دستگاه‌های بلعیدنی معمولاً برای بررسی و درمان بافت‌ها در نقاط صعب‌الوصول بدن استفاده می‌شوند. این ابزارها به شکل کپسول‌هایی که مانند قرص بلعیده می‌شوند، از دستگاه گوارش عبور کرده و تصاویری را ثبت یا دارویی را به محل موردنظر منتقل می‌کنند.

در حالی که ساده‌ترین نوع این دستگاه‌ها به صورت غیرفعال از روده عبور می‌کنند، در بسیاری از کاربردها، چسبیدن دستگاه به بافت یا سطوح انعطاف‌پذیر می‌تواند بسیار مفید باشد.

الهام از طبیعت برای اتصال پیشرفته
تاریخچه‌ای غنی از راه‌حل‌های الهام گرفته از طبیعت برای این نیاز وجود دارد؛ از ولکرو که از خار خاسک الهام گرفته شده، تا چسب‌های پزشکی الهام گرفته از حلزون‌ها. با این حال، ایجاد مکانیزم‌های چسبندگی که قابل تنظیم، برگشت‌پذیر و مناسب دستگاه‌های میلی‌متری برای کاربردهای پزشکی باشند، همچنان یک چالش است.

الهام از انگل‌ها در طراحی پزشکی
یک تلاش میان‌رشته‌ای جدید به رهبری رابرت وود و جیمز ویور از دانشگاه هاروارد، از دنیای انگل‌ها الهام گرفته است. ویور توضیح می‌دهد:
«اگرچه انگل‌ها به دلیل ظاهر عجیب و چرخه‌های زندگی غیرعادی‌شان شهرت بدی دارند، آن‌ها به‌طور خاص برای اتصال به انواع مختلف بافت‌های میزبان به خوبی سازگار شده‌اند. این ویژگی‌ها، آن‌ها را به مدل‌هایی مناسب برای توسعه مکانیزم‌های چسبندگی مصنوعی تبدیل کرده است.»

شبیه‌سازی ساختارهای انگل در پزشکی
برای تقلید از ساختار قلابی‌شکل انگل‌های نواری روده به‌عنوان اولین نمونه، پژوهشگران از روش ساخت لایه‌به‌لایه با مواد چندگانه استفاده کردند. یکی از ویژگی‌های کلیدی طراحی آن‌ها، معماری متقارن شعاعی بود که امکان حرکت دقیق و شبیه به ساختارهای زیستی را فراهم کرد.

این تحقیق در مجله PNAS Nexus منتشر شده است.

 

ساخت دستگاه‌های پزشکی با الهام از ساختارهای طبیعی
مایک کارپل‌سون، مهندس ارشد برق و متخصص در فرآیندهای ساخت، توضیح می‌دهد:
«به‌عنوان مثال، این دستگاه‌ها می‌توانند به صورت مسطح ساخته شده و سپس با یک فرآیند خودکار و شبیه کتاب‌های پاپ‌آپ، به‌سرعت به شکل سه‌بعدی نهایی خود تبدیل شوند.»

این روش ساخت، به دلیل زمان سریع تولید و ابعاد کوچک دستگاه‌ها، به‌عنوان یک روش کم‌هدررفت برای ساخت نمونه‌های اولیه در مراحل تحقیق و توسعه مفید است.

طراحی و عملکرد دستگاه
طراحی نهایی این دستگاه شامل اجزای ساختاری از جنس فولاد ضدزنگ است که با لولاهای پلیمری به یکدیگر متصل شده‌اند. دستگاه در حالت آماده به کار، قطری کمتر از ۵ میلی‌متر و وزنی معادل ۴۴ میکروگرم دارد. هنگام تماس با سطح بافت، یک مکانیزم فعال‌سازی باعث می‌شود قلاب‌های اتصال باز شوند و به بافت نرم اطراف نفوذ کنند.

مسیر حرکت قلاب‌ها به شکل منحنی است و تنها بخشی از بافت را که در مسیر نفوذ قرار دارد سوراخ می‌کند؛ دقیقاً مانند قلاب‌های انگل‌های نواری. این ویژگی، آسیب بافتی را به حداقل می‌رساند. به‌علاوه، به دلیل ابعاد کوچک دستگاه و استفاده از فنر الاستومری یکپارچه، قلاب‌ها می‌توانند در کمتر از یک میلی‌ثانیه باز شوند.

آینده کاربردها و توسعه دستگاه
به گفته نویسندگان، روش ساده و تطبیق‌پذیر ساخت این دستگاه، امکان کوچک‌تر کردن آن را در نسخه‌های آینده فراهم می‌کند. راشل زول، دانشجوی دکتری در حوزه طراحی دستگاه‌های پزشکی و نویسنده دوم مقاله، بیان می‌کند:
«ما بسیار مشتاق هستیم از درس‌های آموخته‌شده در این مطالعات برای گسترش طراحی و بررسی ساختارهای دیگر انگل‌ها و کاربردهای درمانی مختلف استفاده کنیم.»

آرماند کوریس، استاد انگل‌شناسی از دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا، که در این پژوهش مشارکت نداشته، اظهار می‌کند:
«یکی از جنبه‌های جذاب این تحقیق، ارائه یک بستر آزمایشی برای بررسی تأثیر ساختارهای نگهدارنده انگل‌ها بر آسیب‌شناسی انسانی است؛ موضوعی که کمتر مورد توجه قرار گرفته است.»

علاوه بر کاربردهای پزشکی، نویسندگان کاربرد این فناوری را در زمینه‌های غیرپزشکی نیز پیش‌بینی می‌کنند؛ از جمله تولید برچسب‌های قابل چسباندن و جدا کردن برای ردیابی حیات وحش و پلتفرم‌های حسگر برای مواد نساجی.

پاپ‌آپ (Pop-up):
روشی الهام‌گرفته از کتاب‌های تصویری است که با باز شدن صفحات، تصاویر سه‌بعدی ظاهر می‌شوند. در فناوری، به فرآیندهایی گفته می‌شود که اشیای مسطح به ساختارهای سه‌بعدی تبدیل شوند.

reference :
www.scitechdaily.com/inspired-by-parasites-harvard-engineers-unveil-next-gen-ingestible-devices-for-advanced-biomedical-sensing/