Ένας αισθητήρας σώματος εμπνευσμένος από το origami θα μπορούσε κάποτε να εμφυτεύεται μέσω μιας μικρής τομής και να παρακολουθεί την υγεία μας σε πραγματικό χρόνο. Σε πειράματα σε αρουραίους, η ελάχιστα επεμβατική συσκευή ξεδιπλώθηκε κάτω από το δέρμα τους και κατέγραφε συνεχώς τους καρδιακούς και αναπνευστικούς ρυθμούς, ενώ οι επιστήμονες εκτιμούν ότι ένα εμφύτευμα αντίστοιχου μεγέθους θα μπορούσε να λειτουργήσει και σε ανθρώπους.
Οι εμφυτεύσιμοι αισθητήρες υπάρχουν ήδη, αλλά συναντούν ένα βασικό δίλημμα ανάμεσα στο μέγεθος και την απόδοση. Ένα σχετικά μεγάλο μέγεθος απαιτείται συνήθως για να ενσωματωθούν τα ηλεκτρονικά που χρειάζονται για ασύρματη τροφοδοσία και ηλεκτρική ή ηλεκτροχημική παρακολούθηση. Ο νέος αισθητήρας, με την ονομασία MiFi, είναι διπλωμένος ώστε να συμπιέζεται κατά την εισαγωγή και στη συνέχεια να ανοίγει κάτω από το δέρμα σε τετράγωνο 2,1 εκατοστών και πάχους 0,3 χιλιοστών.
«Οι αρχές σχεδιασμού του origami ήταν καθοριστικές για την ανάπτυξη του MiFi, καθώς μας επέτρεψαν να λύσουμε ένα από τα πιο κρίσιμα προβλήματα βελτιστοποίησης στον σχεδιασμό εμφυτευμάτων», λέει η Selin Olenik από το Imperial College London.
Ο MiFi παρακολούθησε στους αρουραίους τους καρδιακούς και αναπνευστικούς ρυθμούς και τη θερμοκρασία του σώματός τους με ακρίβεια αντίστοιχη ενός φορητού μόνιτορ με αισθητήρες στο δέρμα.
Το εμφύτευμα τροφοδοτείται ασύρματα μέσω επικοινωνίας κοντινού πεδίου, της ίδιας τεχνολογίας που χρησιμοποιείται για τις ανέπαφες πληρωμές, λέει η Olenik. Αποτελείται από διαφορετικές συσκευές ανίχνευσης, όπως ένα επιταχυνσιόμετρο που εντοπίζει μικροσκοπικές κινήσεις του θώρακα για να υπολογίζει καρδιακούς και αναπνευστικούς ρυθμούς, εξηγεί. Στη συνέχεια, οι πληροφορίες μεταδίδονται ασύρματα σε υπολογιστή. «Αυτός είναι ο πρώτος πτυσσόμενος βιοηλεκτρονικός ελάχιστα επεμβατικός αισθητήρας», λέει ο Fırat Güder, επίσης από το Imperial College London, μέλος της ομάδας.
Παρότι δοκιμάστηκε σε σύγκριση με φορητούς αισθητήρες, το εμφύτευμα ξεπέρασε εκείνους σε σταθερότητα, λέει η Olenik. «Το φορητό μόνιτορ παρουσίαζε κατά διαστήματα δυσλειτουργίες και παρήγαγε μη ρεαλιστικές τιμές».
Ο MiFi μας δίνει επίσης πρόσβαση στο διάμεσο υγρό, λέει, το οποίο βρίσκεται στους χώρους γύρω από τα κύτταρα. Αυτό περιέχει βιοδείκτες που συσχετίζονται στενά με εκείνους στο αίμα, αλλά χωρίς την παρουσία των παραγόντων πήξης που περιέχει το αίμα και οι οποίοι μπορεί να επηρεάσουν την απόδοση του αισθητήρα, λέει η Olenik. «Για τον λόγο αυτό, ο MiFi θα μπορούσε στο μέλλον να χρησιμοποιηθεί για να επιτρέπει την παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο χημικών δεικτών — π.χ. μεταβολιτών, ενζύμων, φαρμάκων, αντιβιοτικών — που δεν μπορούν να ανιχνευθούν αξιόπιστα, για παράδειγμα, από τον ιδρώτα», λέει.
Σε δοκιμές σε ζώα, ένας κύβος υδρογέλης στο μήκος κόκκου ρυζιού εμφυτεύτηκε στον εγκέφαλο με βελόνα για να παρακολουθεί θερμοκρασία ή πίεση και στη συνέχεια διαλύθηκε έπειτα από λίγες εβδομάδες.
Αν κάποτε δοκιμαστεί σε ανθρώπους, το εμφύτευμα πιθανότατα δεν θα χρειαστεί να γίνει μεγαλύτερο, επειδή «η κλίμακα της συσκευής δεν καθορίζεται πραγματικά από το μέγεθος του ατόμου, αλλά περισσότερο από τις δυνατότητες της ίδιας της συσκευής», λέει η Olenik.
«Η καινοτομία βρίσκεται στο δίπλωμα και στην ενσωμάτωση της [συσκευής]», λέει ο Ravinder Dahiya από το Northeastern University στη Μασαχουσέτη. Θα μπορούσε κάποτε να χρησιμοποιηθεί για τη συνεχή παρακολούθηση της υγείας μας, χωρίς να χρειαστεί να μεγαλώσει σε μέγεθος, όμως πρώτα πρέπει να είμαστε βέβαιοι ότι λειτουργεί μακροπρόθεσμα και ότι δεν προκαλεί βλάβες στους ανθρώπους, λέει.
Η Olenik λέει ότι το επόμενο βήμα είναι μακροχρόνιες μελέτες σε ζώα. Οι αρουραίοι της τρέχουσας μελέτης είχαν τοποθετημένη τη συσκευή μόνο για περίπου μία ώρα και, παρότι η διαδικασία προκάλεσε κάποια φλεγμονή, οι αρνητικές επιπτώσεις ήταν «ελάχιστες», λέει.
Advanced Materials DOI: 10.1002/adma.73923
