Как биоелектрониката се намесва в медицината, за да подобри мониторинга на различни заболявания

18.06.2022 г.5 мин.

Инженерни истории

Във високотехнологичната ера, в която живеем, преплитането на знания и наслагването на взаимосвързани концепции от различни научни области води до обособяването на нови, хибридни науки. Тяхната многослойност позволява приложението им в най-разнообразни области и ги прави все по-неизменна част от живота ни. В днешната инженерна история Ви разказваме именно за една такава „модерна“ наука с важно значение за медицината. Какви са тайните на биоелектрониката, четете в следващите редове.

Биоелектрониката е приложна, научно-изследователска област, базирана на познания за живите организми, електронните компоненти и системи и преноса на информация. В своята същност представлява изучаването и създаването на устройства, функциониращи посредством електронни компоненти, контролирани и обработващи информация от клетките. Действието им се осъществява чрез свойствата и употребата на електрическа енергия, в частност регулация посредством електрически сигнали.

Принципът на работа на биоелектронните устройства се основава на пренос и обработка на електрически сигнали, генерирани от клетките на организма. Връзката между живата материя и електрониката е възможна благодарение на биосензори. По същество те са аналитични устройства, включващи биологичен материал, тясно свързан или интегриран във физикохимичен преобразувател или преобразуваща микросистема (оптична, електрохимична, термометрична, пиезоелектрическа или магнитна). Разликата между стандартните проводникови материали и основната структурна единица на организма е в същността на токоносителите. Ако при първите това са електроните, то при вторите проводимостта възниква в следствие на йоните, което представлява интерес за изследователите в тази област. Дейността им е съсредоточена върху употребата на двупосочните електрически свойства на клетката. Освен пренос на информация посредством електрически импулси, клетките могат да оказват контрол върху електронните устройства чрез доставените сигнали, което способства за осъществяване на регулационните им за организма функции.

В медицината този механизъм намира широко приложение както в посока мониторинг на общо здравословно състояние, така и за лечение на заболявания, неподатливи в границите на конвенционалната медикаментозна терапия.

Примери за мониторинг и регулация са: Пейсмейкърът, опериращ със сигнали, информиращи го за работния цикъл на сърцето – незаменимо приложение при сърдечно-съдови заболявания; Устройства за следене нивата на кръвната захар – приложение при диабетни състояния.

Биоелектронните устройства намират терапевтично приложение при заболявания като паркинсон, епилепсия, афективни разстройства и др. Това е възможно благодарение на американските учени от университета Райс, разработили имплант за стимулиране работата на мозъка и нервната система. Иновативното при този невростимулатор е употребата на двуслойно фолио, преобразуващо енергията на магнитното поле в електрическа, което решава проблема с необходимостта от батерии за работата му.

Друга интересна разработката в областта са т.нар. „умни“ временни татуировки, или „биощампи”. Те съдържат гъвкава интегрална схема, съхраняваща се безжично и достатъчно еластична, за да осъществява движение, успоредно с кожата. Тези устройства имат огромен потенциал за приложение при различни състояния и медицински проблеми, като част от усилията на учените са съсредоточени върху това да интегрират биощампите в интензивни отделения за новородени като средство за следене на жизнените показателите.

Наноинженери от Калифорнийския университет са провели изследвания за приложението на тези „татуировки” при диабетици, като действието им в този случай е да измерят нивото на глюкоза от междуклетъчната течност в кожата.

Непрекъснатата работа в областта на биоелектрониката, води до иновативни открития, подобряващи диагностиката и лечението на редица заболявания. Внедряването им в бита и предоставянето на достъп до биоелектронни устройства на обикновения човек безспорно би оптимизирало функционалността на хора със съпътстващи заболявания. А лесният и удобен достъп до мониторинг на жизнените показатели ще разшири възможностите за превенция.

Източници на информация: bg.wordssidekick.com, Научно списание „Биосензори и биоелектроника“, публикувано от Elsevier и др.

Източник на снимков материал: freepik.com

Тагове: медицинска техника