ایمپلنت هوشمندی که به جوش دادن ستون فقرات کمک می‌کند

پژوهشگران “دانشگاه پیتسبرگ” به سرپرستی”امیر علوی” دانشمند ایرانی سعی دارند ایمپلنت هوشمندی ابداع کنند که به جوش‌دادن ستون فقرات کمک می‌کند.

به گزارش هفت‌گرد و به نقل از نوروساینس نیوز، جوش‌دادن ستون فقرات که اتصال دو مهره به یکدیگر است، می‌تواند طیف گسترده‌ای از اختلالات ستون فقرات را درمان کند. پژوهشگران دانشکده مهندسی “دانشگاه پیتسبرگ”(University of Pittsburgh) سعی دارند ایمپلنت‌های هوشمند چاپ سه‌بعدی را مخصوص هر بیمار بسازند که به‌عنوان حسگری برای نظارت بر بهبود ستون فقرات عمل می‌کنند.

“امیر علوی”(Amir Alavi)، دانشمند ایرانی این پروژه که آزمایشگاه او موسوم به “iSMaRT Lab”، این پژوهش را سرپرستی می‌کند، گفت: ایمپلنت‌های هوشمند می‌توانند یک بازخورد زیستی را در لحظه ارائه دهند و مزایای درمانی و تشخیصی بسیاری دارند اما ادغام مدارهای حجیم یا منابع برق با ایمپلنت‌های کوچک، بسیار چالش‌برانگیز است. راه حل این است که از ماتریکس ایمپلنت به‌عنوان یک محیط سنجش فعال و برداشت انرژی استفاده کنید. این همان چیزی است که ما روی آن متمرکز شده‌ایم.

آزمایشگاه iSMaRT، گروه جدیدی از فرامواد مکانیکی چندمنظوره را توسعه داده است که به عنوان حسگرهای خود عمل می‌کنند و اطلاعات مهمی را در مورد فشار و تنش‌های وارده بر ساختار خود ثبت و ارسال می‌کنند. این فرامواد خودآگاه که “متا تریبومتریال”(meta-tribomaterials) نامیده می‌شوند، قدرت خود را تولید می‌کنند و می‌توان از آنها برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای مربوط به سنجش و نظارت استفاده کرد.

این ماده به‌گونه‌ای طراحی شده است که تحت فشار، الکتریسیته تماسی بین ریزلایه‌های رسانا و دی‌الکتریک آن رخ می‌دهد و نوعی بار الکتریکی ایجاد می‌کند که اطلاعاتی را در مورد وضعیت ماتریکس مواد می‌فرستد. به‌علاوه، این ماده به‌طور طبیعی قابلیت تنظیم مکانیکی فوق‌العاده متامواد استاندارد را نیز دارد.

نیروی تولیدشده با استفاده از مکانیسم نانوژنراتور تریبوالکتریک داخلی، نیاز به منبع انرژی مجزا را از بین می‌برد و یک تراشه کوچک، داده‌های مربوط به فشار را ثبت می‌کند که یک شاخص مهم برای بهبودی است. سپس، داده‌ها را می‌توان با استفاده از یک اسکنر قابل حمل، به‌صورت غیرتهاجمی خواند.

روش پیشنهادی نه تنها از نظر قابلیت‌های حسی منحصربه‌فرد است، بلکه از یک ماده بسیار قابل تنظیم ساخته شده است که می‌توان آن‌را براساس نیازهای بیمار سفارشی‌سازی کرد.

علوی گفت: محفظه‌های مخصوص جوش دادن ستون فقرات، به‌طور گسترده در جراحی‌های ستون فقرات استفاده می‌شوند اما آنها معمولاً از تیتانیوم یا پلی‌اتراترکتون با خواص مکانیکی ویژه ساخته می‌شوند.

سفتی محفظه‌هایی که ما ابداع کرده‌ایم، به‌راحتی قابل تنظیم کردن است. این ایمپلنت را می‌توان بر اساس آناتومی خاص بدن بیمار، پیش از جراحی با روش چاپ سه‌بعدی ساخت که باعث می‌شود بسیار طبیعی‌تر باشد.

پژوهشگران سعی دارند در مراحل بعد، این دستگاه را روی مدل‌های حیوانی به کار بگیرند. از آنجا که این ماده به‌صورتی باورنکردنی قابل تنظیم و مقیاس‌پذیر است، طراحی حسگر هوشمند می‌تواند در آینده با بسیاری از کاربردهای پزشکی دیگر مانند استنت‌های قلبی-عروقی یا اجزای جایگزین زانو و مفصل ران سازگار شود.

علوی گفت: این نخستین ایمپلنت در نوع خود است که از پیشرفت‌ها در نانوژنراتورها و فرامواد، برای ایجاد قابلیت چندمنظوره در بافت ایمپلنت‌های پزشکی استفاده می‌کند. این پیشرفت، نقش مهمی در آینده دستگاه‌های کاشتنی خواهد داشت.

این پژوهش، در مجله “Advanced Functional Materials” به چاپ رسید.