במחקר שפורסם לאחרונה ב-Scientific Advances, החוקרים יצרו חיישן פסיבי הניתן לספיגה ביולוגית, אלחוטי, המנטר את ה-pH באופן מקומי ומזהה דליפת קיבה בשלב מוקדם.
לימוד: חיישנים סגורים, אלחוטיים, פסיביים, ניתנים לספיגה ביולוגית למדידת pH רציפה וזיהוי מוקדם של דליפת קיבה. קרדיט תמונה: sasirin pamai/Shutterstock.com
רקע כללי
סמנים ביולוגיים המקיפים איברים פנימיים יכולים לתת מידע לאחר הניתוח, כגון שינויים ב-pH תוך בטני בעקבות ניתוח קיבה. פרוצדורות רדיולוגיות מסורתיות אינן תואמות ביולוגיות ואינן מתאימות להשתלות זמניות.
חיישן pH אלחוטי מושתל עשוי להיות השיטה היעילה ביותר לזיהוי מהיר. שיפורים אחרונים בהידרוג'לים המייצרים תגובה מראים הבטחה לאבחון רפואי נקודתי.
שילוב הידרוג'לים המגיבים ל-pH במכשירים חשמליים אלחוטיים עשוי להיות אסטרטגיה הנדסית יעילה.
לגבי המחקר
במחקר הנוכחי, חוקרים פיתחו מכשיר שניתן לספוג ביולוגי לזיהוי מוקדם של דליפות אנסטומוטיות לאחר ניתוח קיבה, תוך שימוש בתקשורת אלחוטית פסיבית מסוג אנלוגי כדי להבטיח זמני תגובה מהירים ותוצאות קליניות מוקדמות.
הידרוג'ל רגיש ל-pH תפקד כמתמר, מתחבר למעגל משרן-קבלים מתוכנן מכני, המאפשר קריאה אלחוטית. ההידרוג'ל מתפקד עם אמינים שלישוניים מסוג pH מגיב, וכתוצאה מכך הידרוג'לים ספציפיים, עמידים מכנית, מתכלים ומתגובים ל-pH.
חומר זה סיפק מטריצות תומכות עבור מעגלי תהודה משרן-קבלים (LC), הממירים במהירות שינויים ממדיים לשינויי תדר תהודה בגדלים הנמדדים במדויק על ידי חיבורים אינדוקטיביים להתקני קריאה חיצוניים.
מודלים של מכניקה עוזרים ליידע החלטות לגבי הגיאומטריות האופטימליות של ההידרוג'ל ורכיבי המעגל, במיוחד זו של משרן החיישן. חקירות שיטתיות בבעלי חיים והגדרות מכשירים בַּמַבחֵנָה לאשר את יכולת ניטור ה-pH הרציפה של המכשיר.
החוקרים ביססו את התאימות הביולוגית ואת יכולת הספיגה הביולוגית של הטכנולוגיה על ידי בדיקות היסטולוגיות, בדיקת ספירת דם מלאה (CBC) וכימיה בסרום.
טכניקת הייצור כללה שילוב של פולי(אתילן גליקול)דיאקרילט (PEGDA), פולי(2-(דיאיזופרופילאמין)אתיל מתאקרילט (PDPAEMA), ו-2,2-דימתוקסי-2-פניל אצטופנון (DMPA), ריפוי ההידרוג'ל עם קרינת UV, וחיתוך לייזר רדיד Zn ליצירת משרן עם סלילי ספירלה.
שעווה מותכת ניתנת לספיגה ביולוגית הוזרחה לתוך התעלות, וכתוצאה מכך נוצרה שכבה הומוגנית, מבודדת חשמלית. המיקום של המשרן והקבל נקבע על ידי הוצאת סליל ה-Zn מצופה בשעווה ויציקת הפרה-פולימר הידרוג'ל המגיב ל-pH.
החוקרים הגדירו את האלקטרודות העליונות והתחתונות של הקבל על ידי חיתוך לייזר דיסקים של רדיד Zn. מערכת הקריאה מורכבת מ-VNA וסליל בסיבוב אחד. הגדרת ה-VNA למצב רפלקטיבי מאפשרת מדידות של החלקים הממשיים והווירטואליים של אלמנט S-matrix S11.
ה-pH של כל תמיסות המאגר והנוזלים הביולוגיים מכויל ומאומת באמצעות מד pH-טרנזיסטור רגיש ליונים.
המחקר כלל חולדות לואיס בוגרות בגילאי 14-16 שבועות שהתאקלמו עד 7 ימים לפני הניתוח. במהלך הליך ההשתלה, החולדות קיבלו הרדמה כללית באמצעות אדי איזופלורן בשאיפה.
הצוות ערך בדיקות תפקודיות על חזירים שהומתו ומספר דגמי חולדות. הם השיגו דגימות דם ארבעה, שישה ושנים-עשר שבועות לאחר ההשתלה ושמרו את האיברים שהושתלו בפורמלין נייטרלי מאגר למחקר היסטולוגי.
תוצאות
הפלטפורמה עוקבת אחר דליפת נוזל קיבה בשלב הסיכון המכריע לאחר כריתת קיבה בשרוול לפרוסקופי (LSG). הוא משתמש בסלילי קריאה אלחוטיים כדי למדוד את תדר התהודה של מעגל החיישן, המושפע מחומציות הנוזל הביולוגי שמסביב.
כל תוכן קיבה דולף (pH 1.0 עד 3.0) חודר להידרוג'ל, גורם לבצקת ולשינוי תדירות תהודה פתאומית (FS), המחייבים התערבות כירורגית. המכשיר מתכלה באופן ספונטני בעקבות זמן הריפוי, ומפחית את הסכנות וההוצאות הכרוכות בפעולות חילוץ עתידיות.
החלק הרגיש של מכשיר הניטור הוא ההידרוג'ל מגיב ל-pH הסגור במשרן בעל צורת ספירלת נחש.
ההידרוג'ל מתפרק בנוזלים ביולוגיים על ידי הידרוליזה של קבוצות האסטר המרכיבות או מחשוף האתר במהלך החמצון, מה שהופך אותו למסיס במים, לא מזיק וניתן להסרה מגוף האדם. תכנון המשרן שואף להפחית את התאימות המכנית תוך שמירה על התנגדות נמוכה ומקדם איכות (Q) גבוה.
הערכות ביצועים המתמקדות בקריאה האלחוטית הראו שהחיישן יכול להשיג דיוק בטווח רחב של כ-3.0 ס"מ באוויר ו-2.0 ס"מ דרך רקמות שומן ורקמות רזות.
טכנולוגיות הדמיה רפואיות לא הרסניות, כגון אולטרסאונד, יכולות לסייע בקביעת המיקום המדויק של חיישנים פרוסים במהלך בדיקות שגרתיות ליד המיטה. ניסויים נוספים מראים שהחיישן יכול להגיב לחומצה המוזרקת עד למרחק של עד 6.0 ס"מ תוך שעה.
החוקרים השתמשו במודלים של בעלי חיים קטנים וגדולים כדי לבחון יציבות ותפקוד מתאים במהלך מסגרת זמן רלוונטית טיפולית של שבעה ימים.
המחקר מראה שהשתלה של חיישן pH במודלים של חולדות אינה פוגעת ברקמות האיברים או מייצרת תגובות דלקתיות כמו הצטברות תאי מערכת החיסון.
המחקר מציג מכשיר אלחוטי לניטור לאחר ניתוח של דליפת קיבה וספיגה ביולוגית לאחר ניתוח. החיישן, הגורם להתפזרות של יוני מימן למים ולהידרוג'ל מתכלה, מאפשר שינויי התפשטות נפח ואינדוקציה.
ניתן לחוש את השינויים הללו באופן אלחוטי כשינויים בתדר התהודה ולתעד אותם באמצעות צימוד שדה קרוב לקורא חיצוני. מודלים מכניים עוזרים להנחות החלטות עיצוביות, והשיפורים הפוטנציאליים כוללים הגדלת טווח החישה האלחוטית ומיזוג עיצובים של מכשירי הידרוג'ל קשורים וניתנים לפריסה.
