The Mild Prick: Microneedles Merenggang Terinspirasi Siput Laut Merevolusi Sensor Biomedis

Microneed yang sangat dapat diregangkan dan disesuaikan yang merevolusi antarmuka antara tubuh manusia dan perangkat pemantauan invasif telah dikembangkan USC riset. Teknologi ini menjanjikan untuk aplikasi luas dalam diagnostik dan pengobatan layanan kesehatan termasuk ilmu saraf, rekayasa jaringan, dan bioelektronik yang dapat dipakai.

Revolusi dalam pengobatan yang dipersonalisasi sudah berjalan dengan baik – dengan perangkat yang dapat dipakai dan pengujian DIY di rumah, melacak segala sesuatu mulai dari detak jantung, kadar glukosa, hingga keragaman mikrobioma menjadi lebih mudah dari sebelumnya.

Namun, masih terdapat kesenjangan inovasi sebelum kita mencapai antarmuka yang mulus antara tubuh manusia dan perangkat pemantauan invasif.

Menjembatani Kesenjangan Dengan Teknologi Baru

Di sinilah peran peneliti USC Hangbo Zhao, seorang ahli di bidang manufaktur maju dan elektronik fleksibel. Sebagai asisten profesor di Departemen Teknik Dirgantara dan Mesin dan Departemen Teknik Biomedis Alfred E. Mann di USC, Hangbo telah menerbitkan serangkaian makalah tentang sensor yang dapat diregangkan untuk tujuan biomedis. Makalah terbarunya, terpilih sebagai cerita sampul jurnal bergengsi tersebut Kemajuan Ilmu Pengetahuanmenyajikan penelitian baru yang secara langsung akan memungkinkan pengembangan jarum mikro yang “lembut” dan lebih fleksibel – penting untuk memastikan kenyamanan dan tinggi ketepatan pelacakan kesehatan jangka panjang.

Teknologi ini dimungkinkan oleh rangkaian mikroelektroda penetrasi tiga dimensi yang dapat diregangkan, yang dihasilkan melalui proses manufaktur baru yang dikembangkan oleh Zhao dan kelompok risetnya.

Ilustrasi skema susunan elektroda mikroneedle yang dapat diregangkan. Kredit: Kelompok Riset Zhao

Merevolusi Teknologi Microneedle

Elektroda microneedle banyak digunakan dalam penginderaan dan stimulasi otak, serta prognosis biomarker di bawah kulit. Namun, hampir semua elektroda microneedle yang ada bersifat kaku karena keterbatasan bahan dan fabrikasi. Keahlian Zhao di bidang manufaktur tingkat lanjut memberinya perspektif baru dalam membayangkan solusi yang lebih fleksibel.

Elektroda mikroneedle “lunak” baru sangat diinginkan dalam kasus jaringan otot dan jaringan kulit yang “berubah bentuk” atau berubah bentuk. Elektroda harus mengikuti deformasi jaringan goal untuk memastikan kontak yang erat dan meminimalkan kerusakan jaringan; Penelitian Zhao membuka jalan bagi kemajuan dalam microneedles yang dapat mendeteksi jaringan lebih dalam dan mendapatkan hasil yang lebih akurat. Baik memantau cara kerja kandung kemih yang lemah atau melacak fluktuasi detak jantung yang sangat kecil, kebutuhan akan penginderaan dengan ketelitian tinggi menjadi semakin penting.

Metode Fabrikasi yang Inovatif

Inti dari inovasi ini adalah pengembangan metode fabrikasi hibrida yang ditemukan di laboratorium Zhao di USC. Metode berbiaya rendah dan terukur ini menggabungkan pemesinan mikro laser, fabrikasi mikro, dan pencetakan switch untuk membuat susunan elektroda jarum mikro dengan kemampuan regangan tertinggi (60-90%) yang pernah dilaporkan.

Yang terpenting, metode fabrikasi baru memungkinkan penyesuaian parameter perangkat utama seperti geometri elektroda, lokasi perekaman, dan sifat mekanik dan listrik. Seperti semua penelitian Zhao, kemampuan beradaptasi dan akurasi adalah prinsip pengorganisasiannya: perspektifnya terhadap elektronik lunak dan robotika juga menginformasikan metode fabrikasi yang fleksibel.

Aplikasi Biomedis dan Prospek Masa Depan

Hal menarik lainnya dari penelitian ini adalah asal muasalnya di laut dalam. Kelayakan elektroda microneedle yang dapat diterapkan secara international pada awalnya ditunjukkan dengan merekam aktivitas listrik di dalam otot siput laut yang bergerak.

Hasil penelitian ini dapat diterapkan secara international dan lebih luas bagi Zhao dan tim penelitinya. Teknologi platform ini dapat digunakan untuk penginderaan dan pengendalian aktivitas otak dan saraf, penginderaan elektrokimia cairan interstisial kulit, prognosis gangguan neuromuskular, dan penghantaran obat ke jaringan dalam.

Bagi mereka yang merasa muak memikirkan microneedles, fase berikutnya dari microneedles “lunak” yang sangat dapat diregangkan mungkin bisa menjadi jawabannya. Dalam upaya pelacakan yang lebih akurat untuk mendeteksi kelainan dan mengidentifikasi pengobatan dengan cepat, penelitian Zhao merupakan tonggak penting bagi para profesional kesehatan, perusahaan bioteknologi, dan siapa pun yang ingin hidup lebih lama dan lebih sehat.

Referensi: “Susunan elektroda microneedle yang sangat dapat diregangkan dan disesuaikan untuk elektromiografi intramuskular” oleh Qinai Zhao, Ekaterina Gribkova, Yiyang Shen, Jilai Cui, Noel Naughton, Liangshu Liu, Jaemin Search engine optimization, Baixin Tong, Mattia Gazzola, Rhanor Gillette dan Hangbo Zhao, 1 Mei 2024, Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
DOI: 10.1126/sciadv.adn7202