İç Elektronik – Altınla Boşluğu Köprülemek

İmplant edilebilir tıbbi cihazlar pazarı, kronik hastalıklardaki artış ve artan tüketici farkındalığı sayesinde istikrarlı bir şekilde büyüyor. Bu hız, teknolojik ilerlemelerle güçlü bir şekilde destekleniyor ve bu cihazların daha verimli, kullanışlı ve düşük maliyetli olmasına yardımcı oluyor. 

Sayılar, dünya çapında implant edilebilir tıbbi cihazlar pazarının bir on yıl içinde neredeyse iki katına çıkacağını, 2023’te 105,7 milyar ABD doları iken 2033’te 207,0 milyar ABD dolarına ulaşacağını gösteriyor. Bugün, bu alandaki son zamanların en belirleyici yeniliklerinden birine bakarak başlayacağız; bu aynı zamanda tıbbi fizyoloji ile verimli elektroniklerin kesiştiği gelişen alanın bir göstergesidir. 

Altın Nanotel ve Yumuşak Elektrotlar Sinir Sistemine Bağlanmaya Hazır 

Linköping Üniversitesi’nden bir araştırmacı ekibi oluşturdu ve altın nanotel oluşturdu ve yumuşak elektrotlar geliştirdi ve çalışabilir insan sinirlerine eşdeğer olarak onların esneklik, elektriksel iletim ve vücut içindeki dayanıklılık. 

Araştırmacılar ve uzmanlar bu yenilikte muazzam bir potansiyel görüyor. Başlangıç olarak, yeni ufuklar açıyor burada altının yumuşak arayüzlerde kullanılmasıyla elektronik cihazları sinir sistemine tıbbi amaçlarla bağlamanın mümkün olabileceği. 

Doğru bir şekilde uygulanırsa, bu epilepsi gibi karmaşık durumların Parkinson hastalığı, felç ve kronik ağrı gibi yaygın bir sorunun hafifletilmesine yol açabilir. 

Bir süredir, dünya çapındaki araştırmacılar yumuşak elektrotlar oluşturmakla ilgileniyor ve bu elektrotların dokuyu zarar vermemesini istiyor. Bu özel başarı Linköping Üniversitesi araştırmacıları tarafından altın nanotel oluşturarak elde edildi ki bu nanotel saçın bin katı inceliğinde ve elastik bir malzemeye gömülmüş, yumuşak mikroelektrotlar olarak çalışabiliyor. 

Klas Tybrandt, araştırmanın ve sonuçlarının benzersizliğini açıklarken, şu sözleri söyledi:

“Başardık yeni, daha iyi bir nanomalzeme üretmeyi altın nanotel ve çok yumuşak silikon kauçuk kombinasyonundan. Bunların birlikte çalışması, yüksek elektriksel iletkenliğe sahip, çok yumuşak ve vücutla uyumlu biyouyumlu malzemelerden yapılmış bir iletken ortaya çıkardı.”

Altın Nanotel Oluşturma: Karşılaşılan Zorluklar ve Üstesinden Gelinmesi

Araştırmacıların karşılaştığı başlıca zorluklardan biri, uzun ve dar altın nano yapıların üretimiydi. Araştırmacılar bu zorluğu aşmak için benzersiz bir yol buldular; bu da gümüş nanotel kullanmaktı. Bu benzersiz başarının nasıl elde edilebileceğini Klas Tybrant şu sözleriyle açıkladı:

“Gibi olabilir gümüş nanotel üretmek mümkündür, biz bundan faydalanarak gümüş nanotel’i altın büyütebileceğimiz bir şablon olarak kullanıyoruz. Sürecin bir sonraki adımı gümüşü kaldırmaktır. Bir kez bu yapıldıysa tamamlandığında %99’dan fazla altın içeren bir malzemeye sahip oluruz.”

Başlangıçta, araştırmacılar gümüşü kullanamıyorlardı çünkü kimyasal olarak reaktif, zamanla aşınır ve bozulma ve renk değişimi riski taşır. Ayrıca, yüksek gümüş konsantrasyonları insan vücudu için toksik olabilir. Bu nedenle, gümüşü altınla kaplamaları gerekti.

Geliştirdikleri malzeme ve dayanıklılığı hakkında, araştırmacılar bu çözümün en az üç yıl dayanabileceğine ve daha önce geliştirilmiş birçok nanomalzemeyi geride bırakacağına inanıyor.

Yakında, araştırma ekibi malzemeyi iyileştirmek ve sinir hücreleriyle daha yakın temasa getirilebilecek, daha da küçük farklı elektrot tipleri oluşturmak üzerine çalışmaya başlayacak.

İmplant Edilebilirlerin Çeşitli Dünyası

Bu araştırmanın faydaları zaten belirtilmiş olsa da, var med-teknoloji alanında mevcut birçok başka implant edilebilir cihaz. Bu cihazlar tanı ve tedaviyi daha tutarlı, uygun maliyetli ve verimli hâle getirir. 

Örneğin, Georgia Tech Üniversitesi bilim insanları, beyin damarlarındaki anevrizmlerin iyileşmesini izleyen implant edilebilir, giyilebilir bir sensör geliştirdi. Pil olmadan çalıştığı için, kan akışını düzenlemek amacıyla implante edilen stentler veya diverterlar etrafına sarılabilir.

Sensör, aerosol jet 3D baskı kullanılarak üretilir; bu yöntem elastomerik alt tabakalara iletken gümüş izleri yerleştirir. Kateter aracılığıyla yerleştirildiğinde, sinyallerin indüktif eşleşmesini kullanarak biyomimetik beyin anevrizması hemodinamiğini kablosuz olarak algılar.

Bu süreç üç bobin içerir. Bir bobin, vücudun dışındaki başka bir bobinden iletilen elektromanyetik enerjiyi yakalar. Kan stentten geçerken, implante edilen sensör kapasitesini değiştirir ve bu da üçüncü dış bobine iletilen sinyali değiştirir.

Benzer bir çalışmanın başka bir örneğinde, Texas A&M Üniversitesi’nden bir grup mühendis, grafen kullanan ve cilde AC enjekte ederek kan basıncını izleyen bir cihaz geliştirdi. 

Grafen Elektronik Dövmeler olarak adlandırılan bu yapışkan grafen sensörleri, sürekli izleme yoluyla kardiyovasküler sağlığı takip edebilir. Hasta uyurken, egzersiz yaparken veya yüksek stresli durumlarda. 

Bu implant edilebilir cihazların enerjiyi nasıl elde edip kullanabileceğini belirlemek için araştırmalar da devam ediyor. Örneğin, Massachusetts Institute of Technology (MIT) araştırmacılarından bir ekip gücünü glukozdan alan bir pil geliştirdi. Bu yeni pil sadece 400 nanometre kalınlığında, yani insan saçının çapının yaklaşık 1/100’ü kadar. Santimetrekare başına yaklaşık 43 mikrowatt elektrik üretiyor ve  600 °C’ye kadar sıcaklıklara dayanabiliyor. 

Araştırmacılar, pilin esnekliğini artırmak ve vücut içinde yerleştirmesini kolaylaştırmak için ultra ince bir seramik alt tabaka ve glukoz çözeltisi kullandılar. 

Araştırmacılar mümkün olduğunca çok yeni ve benzersiz teknoloji çözümü geliştirmeye çalışırken, geliştirmeye çalışıyor, bazı şirketler de verimli implant edilebilir cihazları kitlesel benimseme için sunmaya çalışıyor. Önümüzdeki bölümlerde, inceleyeceğiz bu tür birkaç ticari çözümü. 

#1. CorTec

Bir sürekli çığır açan çözümler sunan şirketlerden CorTec’tir. ISO 13485 sertifikalı bir şirket, CorTec, nöromodülasyon ve aktif implant teknolojisi için ürün ve bileşenleri geliştirir ve üretir kendi laboratuvarları ve temiz oda altyapısında. 

CorTec’in patentli AirRay elektrot serisi, sinir dokusunun uyarılması ve kaydedilmesi için faydalıdır ve tıbbi cihazlar için sinir sistemine ideal arayüzler sağlar. 

Örneğin, AirRay manşet elektrotları periferik sinir sistemine elektriksel bir arayüz sağlar, oysa ızgara ve şerit elektrotlar merkezi sinir sistemiyle etkileşim için tasarlanmıştır. AirRay perkütan elektrotlar subkutan kullanım için, ayrıca omuriliği kaydetmek ve uyarılamak amacıyla tasarlanmıştır. Son olarak, AirRay paddle elektrotları merkezi sinir sistemine, özellikle omuriliğe yönelik bir elektriksel arayüz sunar.

Bu serinin yanı sıra, CorTec’in patentli çözümleri arasında Kortikal Elektrotları da bulunur. Bunlar CorTec’in invaziv nöroizleme için ECoG elektrotları. Bu elektrotlar sayesinde elektriksel beyin sinyallerinin izlenmesi mümkündür ve buepileptojen odakların lokalizasyonu ve beyin haritalama. Elektrotlar en fazla 29 gün kullanılabilir, ve sadece iki kabloyla toplam 64 elektrot bağlamak mümkündür. Elektrot kontakları neredeyse hissedilemez ve silikonun ayrılmasını önlemek için malzeme ile güvenli bir şekilde kilitlenir.

En kritik yönlerden biri CorTec’in kortikal elektrotlarının, FDA’nın merkezi sinir sisteminde invaziv nöroizleme için onay ve pazar temizliği uygun bulmuş olmasıdır. Ürün portföyü 1×4’ten 8×8’e kadar tüm olası kontak düzenlemelerini içerir.

Önemli kamu fonlarının yanı sıra, CorTec, resmi açıklamasına göre, dört tur finansman topladı. Mevcut yatırımcıları arasında Mangold Invest, M-Invest, Kfw, High-Tech Gründerfonds, Santo Venture Capital GmbH, LBBW Venture Capital ve K & S W Invest bulunmaktadır. 

Kamu fonları, Alman Federal Eğitim ve Araştırma Bakanlığı (Bundesministerium für Bildung und Forschung, BMBF) ve Avrupa Birliği’nden gelen sübvansiyonları içerir.

#2. Atrotech

Bu alanda onlarca yıldır nispeten niş ama oyun değiştirici çalışmalar yapan bir diğer firma Atrotech’tir. 1984’te kurulan ve Finlandiya, Tampere, Technopolis Hermia’da bulunan Atrotech, tıbbi ve biyomühendislik bilimlerini birleştiren disiplinlerarası ürün fikirleri sonucunda ortaya çıktı ve faaliyetlerinin ana odak alanı fonksiyonel elektriksel uyarım (FES) alanıdır. 

İki Atrotech’in bu alandaki büyük katkısı, tasarım ve üretimini içerir implant edilebilir nörostimülatörler ve implant edilebilir elektrotlar. 

Elektrotları tasarlarken, şirket 30 yılı aşkın üretim uzmanlığını şu konularda kullanıyor: yüksek kaliteli platin temas elektrotları, iletken teller ve çok kutuplu bağlantı elemanları. Hizmet verdiği alan araştırma projeleri, klinik deneyler ve ticari olarak dağıtılan tıbbi cihazları içerir. 

Şirketin esnek bir üretim süreci, bu sayede hem küçük miktarlarda hem de daha büyük ölçekli hacimlerde hızlı ve maliyet etkin bir şekilde üretim yapabilir.. Ayrıca, şirket yeni tıbbi cihazların geliştirme ve prototipleme aşamasının erken dönemlerinde potansiyel yeni tıbbi cihazlarla ilgili birçok doktor ve üniversite ile iletişim halindedir.

Şirketin finanse ettiği bir çalışma yakın zamanda finanse etti değerlendirmeyi amaçladı yeni, çıkarılabilir, cerrahi olarak implante edilen, geçici nörostimülasyon yaklaşımının uygulanabilirliğini ve güvenliğini, faranjik sinirin distal kısmını içeren. Çalışma için şirket özel olarak tasarlanmış, geçici faranjik sinir stimülatörü (tPNS) elektrodu. 

Uzman ve endüstri odaklı şirketler ile dünya çapında bir grup araştırmacı ve hekim arasındaki bu iş birliği, iç elektroniklerin geleceğini parlak ve gelişmeye hazır gösteriyor. 

İç Elektroniklerin Gelecek Yönelimi

Son bir 2024 Temmuz’unda dergide yayınlanan araştırma ‘Nature’, araştırmacılar biyobozunur Mg-Nd-Zn-Zr alaşımına dayalı bir implant edilebilir elektrot geliştirdiler; bu elektrot, bir sonraki nesil radyo frekans (RF) doku kaynağı uygulamasında iyi çalışacaktır.

Elektrodun bekleniyor termal hasarı azaltması ve anastomoz gücünü artırması. Kaynak bölgesinde silindirik yüzey (CS) ve sürekli uzun halka (LR) gibi farklı yapısal özelliklerle tasarlanmıştır, elektrodun elektrotermal simülasyonları incelendi sonlu eleman analizi (FEA) ile.

Sonuçlar, LR elektrota 10 saniye boyunca 110 V alternatif akım uygulandığında kaynak bölgesindeki ortalama sıcaklık ve nekrotik doku oranının önemli ölçüde azaldığını gösterdi. LR elektroduyla kaynaklanan dokuların maksimum ve ortalama sıcaklıkları da önemli ölçüde düşebilir kaynak dokunun anastomoz gücü iyileşti.

Imec, 1984’te kurulan bir laboratuvar yarı iletken endüstrisinin fonksiyonel ölçeklenmesini desteklemek ve mümkün kılmak için, nano ölçekli implantlarda da öncü atılımlar yaptı. Gelecek nesil haptik protezler için minimal invaziv implantların geliştirilmesine yardımcı oldu. Imec’in Florida Üniversitesi ile birlikte geliştirdiği prototip implant çipi, hastalara kol protezleri üzerinde daha sezgisel kontrol sağlar. Önemli bileşenlerinden biri olan ince-silikon çip, dünyanın elektrot yoğunluğu açısından ilk ve IMPRESS projesi kapsamında geliştirildi; bu proje DARPA’nın HAPTIX programı tarafından finanse edilmiştir; geleceğin haptik protez teknolojileri için kapalı döngü bir sistem yaratmayı amaçlamaktadır.

Karbon temelli implant edilebilir bioelektroniklerin önemi üzerine yapılan bilimsel yayınlardan biri, karbon temelli implant edilebilir bioelektroniklerin önemi iç elektroniklerin faydası üzerine kritik bir gözlem yaptı. Tam alıntı olarak, yayın şu ifadeyi kullanıyor:

“Çünkü implant edilebilir bioelektronikler, vücudun dışındaki bölgelerden vücut bilgilerini algılayabilir veya vücut tepkilerini tetikleyebilir; bu da onları çeşitli hastalıklar için yardımcı ve umut verici çözümler haline getiriyor.”

Gelecekte, karbon malzemeler implant edilebilir tıbbi elektronik üretiminde kritik bir rol oynayacak. Bu avantajlar arasında karbon malzemelerin yüksek dereceli biyouyumluluğu, yorulma direnci ve düşük özgül ağırlığı bulunur. Bu malzemeler geniş bir yelpazede kullanılır uygulama alanı, ilaç dağıtım cihazları, biyosensörler, terapötik stimülatörler ve enerji depolama dahil. Tüm bu özellikler nörolojik, kardiyovasküler, gastrointestinal ve locomotor sistemler alanlarında rol oynar.

İmplant edilebilir aktüatörler, biyosensörler, ilaç dağıtım sistemleri ve güç kaynakları—hepsi iç veya implant edilebilir elektronik alanındaki gelişmelerden fayda sağlar. Bu alandaki daha fazla ilerleme, dünya çapında biyobilim araştırmacıları, malzeme bilimcileri ve fizikçileri içeren daha kesişimsel bir yaklaşım gerektirecektir.

En iyi biyoteknoloji hisse senetlerinin listesi için buraya tıklayın.