Znajdź zawartość

Basy rapu mogą pomóc w podtrzymaniu pracy wszczepialnego czujnika nacisku. Naukowcy z Purdue University zauważyli bowiem, że fale akustyczne (szczególnie te z rapu) skutecznie go doładowują. Urządzenie będzie miało wiele zastosowań. Już teraz wspomina się o pacjentach z tętniakami czy wywołanym paraliżem nietrzymaniem moczu. Jak tłumaczą projektanci, sercem sensora jest wibrujący wspornik. Muzyka o określonych częstotliwościach (200-500 herców) wywołuje drgania beleczki. Jako że wykonano ją z piezoelektrycznej ceramiki, a konkretnie z tytaniano-cyrkonianu ołowiu (PZT), pod wpływem naprężeń na powierzchni pojawiają się ładunki elektryczne. Energia zostaje zmagazynowana w kondensatorze. Czujnik ma długość ok. 2 cm. Zespół z Purdue przetestował go w balonie wypełnionym wodą. Muzyka osiąga właściwą częstotliwość tylko w pewnych momentach, np. gdy grają mocne basy - tłumaczy Babak Ziaie. Kiedy częstotliwość wychodzi poza właściwy zakres, beleczka przestaje drgać, automatycznie wysyłając do czujnika ładunek elektryczny. Sensor mierzy ciśnienie, a dane przesyła w postaci sygnałów radiowych (są one widoczne na oscyloskopie). Ponieważ częstotliwość stale się zmienia w zależności od rytmu utworu, czujnik przełącza się między interwałami gromadzenia ładunku i przesyłu danych. Ziaie dodaje, że pomiar trwa zaledwie chwilę. Do monitorowania ciśnienia krwi czy moczu w pęcherzu wystarczy parę minut raz na godzinę. Odbiornik sygnału można umieścić w odległości kilkudziesięciu centymetrów od pacjenta. Urządzenie doładowuje się, oczywiście, nie tylko pod wpływem muzyki. Wystarczy odtwarzać niestanowiące kompozycji dźwięki o konkretnej częstotliwości. Odtwarzanie dźwięków bywa jednak drażniące, dlatego pomyśleliśmy, że wykorzystanie muzyki byłoby czymś nowym i przyjemniejszym estetycznie. Eksperymentowano z 4 rodzajami muzyki: rapem, jazzem, bluesem i rokiem. Rap okazał się najlepszy, ponieważ zawiera dużo dźwięków o niskich częstotliwościach, w szczególności basów. Ziaie podkreśla, że urządzenie pomysłu jego zespołu stanowi świetną alternatywę dla czujnika z bateriami, które trzeba co jakiś czas wymieniać.

By zwiększyć siłę oddziaływania radio- i chemioterapii, opracowano miniaturowy generator tlenu, który wszczepia się do guzów litych. Jego autorem jest prof. Babak Ziaie z Purdue University. Ziaie od lat pracuje nad różnego rodzaju urządzeniami medycznymi, głównie dla onkologów. Przed prawie 2 laty zaproponował magnetyczny ferropapier. Przewidywano, że zostanie on wykorzystany np. do budowy miniaturowych silników dla narzędzi chirurgicznych, niewielkich nożyczek do cięcia komórek czy niezwykle małych głośników. W 2008 r. w jego laboratorium pracowano nad uproszczoną wersją dozymetru, by lekarze mogli precyzyjnie określić ilość promieniowania, jaką podczas radioterapii zaaplikowano guzowi. Najnowsza technologia Amerykanów jest przeznaczona dla guzów litych, w których centrum naturalnie występują niewielkie stężania tlenu. To niekorzystne zjawisko, ponieważ skuteczna radioterapia wymaga tlenu. To właśnie z tego powodu niektóre hipoksyczne [niedotlenione] obszary trudno zabić. Raki trzustki i szyjki macicy są chronicznie hipoksyczne. Jeśli wygeneruje się tlen, można jednak zwiększyć skuteczność radio- i chemioterapii – wyjaśnia Ziaie. W niektórych komórkach nowotworowych mamy do czynienia z chroniczną hipoksją, ponieważ znajdują się one zbyt daleko od naczynia krwionośnego. Są promieniooporne, ponieważ brakuje w nich tlenu odpowiedzialnego za utrwalanie wywołanych promieniowaniem uszkodzeń DNA. Wszczepialny mikrogenerator tlenu rozwiązuje ten problem. Urządzenie otrzymuje sygnały ultradźwiękowe i wykorzystuje niewielkie napięcie do elektrolizy wody do tlenu i wodoru. Umieszczamy urządzenie wewnątrz guza i wystawiamy go na oddziaływanie ultradźwięków. Energia ultradźwięków zasila aparat, pozwalając uzyskać tlen. Urządzenie skonstruowano w Centrum Nanotechnologii Bircka Purdue University. Przetestowano je na rakach trzustki zaimplantowanych myszom. Okazało się, że w grupie eksperymentalnej guzy kurczyły się szybciej niż u gryzoni przechodzących standardowe leczenie. Aparat ma nieco poniżej 1 cm długości. Wprowadza się go do guza za pomocą igły do biopsji hipodermicznej. Ze szczegółowymi wynikami badań można się zapoznać na łamach pisma Transactions on Biomedical Engineering.

Profesor Babak Ziaie z Purdue University jest autorem nowatorskiej pompy dostarczającej leki do organizmu. Jego urządzenie pozwoli chorym na samodzielne aplikowanie lekarstw, które do tej pory musiał ktoś im podawać. Obecnie substancje chemiczne - jak np. nikotyna - są podawane przez skórę, jednak metoda ta ma poważne ograniczenie. Znajduje ona zastosowanie tylko w przypadku tych nielicznych substancji, które są zbudowane z małych hydrofobowych molekuł. Tymczasem większość nowoczesnych lekarstw stworzonych jest z dużych molekuł, które przez skórę nie przejdą. Wielu z nich - na przykład środków stosowanych przy terapii nowotworów czy chorób autoimmunologicznych - nie można podać doustnie, gdyż nie przedostają się z układu pokarmowego do krwi. W takich przypadkach stosuje się zastrzyki, co jednak wymaga obecności przeszkolonej osoby. Profesor Ziaie postanowił umożliwić chorym samodzielne aplikowanie sobie leków za pośrednictwem plastrów zawierających dużą liczbę mikroigieł. Stosowanie plastrów jest bezbolesne, gdyż igły wbijają się na niewielką głębokość. Ponadto plaster po użyciu można odlepić i wyrzucić. Problemem pozostaje jednak sam mechanizm wstrzykiwania leków. Przy mikroigłach, których średnica wynosi zaledwie 20 mikronów, konieczne jest użycie pompy. Jednak dostępne na rynku miniaturowe pompy są zbyt skomplikowane, by można było wbudować je w plastry. Babak Ziaie wraz ze swoim zespołem, w skład którego wchodzili m.in. Charilaos Mousoulis i Manuel Ochoa, opracował prostą pompę, która jest aktywowana dotknięciem palca i nie wymaga korzystania z baterii. Pompa zawiera płyn, który wrze w temperaturze ludzkiego ciała. Wystarczy więc na 20-30 sekund przyłożyć palec do pompy, by pojawiła się para i wzrosło ciśnienie, które wypycha lekarstwo przez igły. Wspomniany płyn nie przedostaje się do organizmu, gdyż jest oddzielony od lekarstwa cienką membraną wykonaną z polidimetylosiloksanu. Testy nowej pompy zostały przeprowadzone z użyciem fluorowęglanów. Jak zauważył Ziaie do wypchnięcia lekarstwa przez mikroigły i wstrzyknięcia go w skórę potrzebna jest dość duża siła, rzędu kilku funtów na cal kwadratowy. Bardzo trudno jest znaleźć miniaturową pompę wytwarzającą taką siłę. Podczas eksperymentów z fluorowęglanem HFE-7000 uzyskano 4,87 psi (funtów na cal), a z FC-3284 - 2,24 psi. W najbliższej przyszłości uczeni chcą zbadać działanie swojej pompy z dołączonymi mikroigłami. Szczegóły prac zostaną zaprezentowane podczas 14. Międzynarodowej konferencji na temat miniaturowych systemów w chemii i naukach biologicznych, która odbędzie się w październiku w Groningen. Uczeni złożyli wniosek o opatentowanie swojej technologii.

Naukowcy z Purdue University stworzyli magnetyczny ferropapier, który może zostać wykorzystany np. do budowy miniaturowych silników dla narzędzi chirurgicznych, niewielkich nożyczek do cięcia komórek czy niezwykle małych głośników. Materiał otrzymano dzięki zaimpregnowaniu zwykłego papieru - w tej roli można użyć nawet papieru gazetowego - w mieszaninie oleju mineralnego i magnetycznych nanocząstek z tlenku żelaza. Tak zaimpregnowany papier może być poruszany za pomocą pola magnetycznego. Następnie pokrywa się go warstwą biokompatybilnego tworzywa sztucznego. Chroni ono papier przed wilgocią, a impregnat przed wyparowaniem. Ponadto zwiększa wytrzymałość, elastyczność i sztywność papieru. Papier jest porowaty, a więc można na nim umieścić wiele nanocząstek. Jest jednocześnie miękki, a zatem nie uszkodzi komórek czy tkanek, przyda się więc do przeprowadzania mało inwazyjnych zabiegów. Ponadto jest tani. Jak zapewnia twórca ferropapieru, profesor Babak Ziaie, jego produkcja nie wymaga dostępu do specjalistycznego laboratorium, więc można go wykorzystywać w szkołach i na uczelniach podczas zajęć z robotyki czy mechaniki. Co więcej, do produkcji ferropapieru szczególnie dobrze nadają się najtańsze gatunki papieru, jak np. gazetowy, gdyż charakteryzują się one dużą porowatością. Szczegóły produkcji oraz właściwości ferropapieru zostaną omówione podczas 23. międzynarodowej konferencji IEEE na temat systemów mikroelektromechanicznych, która odbędzie się w Hongkongu pod koniec bieżącego miesiąca.

Na Purdue University powstaje urządzenie, które pozwoli lekarzom precyzyjnie określić ilość promieniowania, jaką podczas radioterapii zaaplikowano guzowi. Dzięki niemu ta metoda walki z nowotworem będzie miała mniej skutków ubocznych. Urządzenie jest prostszą wersją dozymetru, przyrządu, w który wyposażane są osoby pracujące w środowiskach skażonych promieniowaniem jonizującym. Dozymetr służy do określania indywidualnej dawki promieniowania, na jakie został narażony pracownik. Przyrząd opracowywany na Purdue zamknięto w kapsułce o długości dwóch centymetrów i średnicy 2,5 milimetra. Można więc wstrzyknąć go do ciała pacjenta za pomocą dużej igły. Składa się ono z drutu i kondensatora przechowującego ładunek elektryczny. Razem charakteryzują się one określoną wartością rezonansu magnetycznego. Przechowywany w kondensatorze ładunek zanika pod wpływem promieniowania jonizującego. W wyniku tego zmienia się wartość rezonansu urządzenia, a zmiany są wykrywane przez zewnętrzną antenę. W ten sposób, jak mówi Babak Ziaie, szef zespołu pracującego nad urządzeniem, mierzona jest dawka promieniowania, którą otrzymał guz. Co ważne, jedno urządzenie może być używane podczas wielu sesji radioterapii, aż do całkowitego wyczerpania kondensatora. Podobne urządzenie o nazwie DVS (dose verification system - system weryfikacji dawki) opracowała firma Sicel Technologies. Uzyskała ona zgodę na wykorzystywanie DVS w leczeniu raka piersi i prostaty. Jednak urządzenie powstające na Purdue jest znacznie prostsze, nie zawiera żadnych układów scalonych, a więc można je łatwiej i taniej wyprodukować. Radioterapia to jeden z najpopularniejszych sposobów zwalczania nowotworów. Wciąż jednak nie istnieje metoda, która pozwoliłaby na precyzyjne określenie dawki promieniowania, która dotarła do guza. Urządzenia podobne do DVS czy tego, które powstaje na Purdue, mogą to zmienić. Ziaie ma nadzieję, że przed końcem bieżącego roku rozpoczną się testy na zwierzęta, a w ciągu dwóch lat urządzenie będzie testowane na ludziach.