Новый биоразлогаемый датчик, который может помочь специалистам контролировать хронические заболевания легких, отек мозга и другие медицинские условия, разработан учеными Университета Коннектикута. Устройство безвредно и полностью растворяется в организме.
Маленький гибкий датчик изготовлен из материалов, которые уже используются в хирургических швах, костных трансплантатах и медицинских имплантатах. Он предназначен для замены существующих имплантируемых датчиков, имеющих потенциально токсичные компоненты. Современные датчики должны быть удалены после использования, что подвергает пациентов дополнительной инвазивной процедуре, увеличивая время восстановления и повышая риск заражения.
Поскольку новый датчик излучает небольшой электрический заряд при приложении давления к нему, устройство может быть использовано для обеспечения электрической стимуляции для регенерации тканей, говорят исследователи. Другие потенциальные применения включают мониторинг пациентов с глаукомой, сердечными заболеваниями и раком мочевого пузыря. Ведущий исследователь Тхань Дюк Нгуен говорит: «Мы очень рады, потому что впервые эти биосовместимые материалы были использованы таким образом. Медицинские датчики часто имплантируются непосредственно в мягкие ткани и органы. Извлечение их может нанести дополнительный ущерб. Мы знали, что если мы сможем разработать датчик, который не требует хирургического вмешательства, это будет действительно значительным».
Прототип имплантата состояит из тонкой полимерной пленки длиной пять миллиметров, шириной пять миллиметров и толщиной 200 микрометров. Датчик был имплантирован в живот мыши, чтобы контролировать скорость дыхания животного. Он излучал достоверные показания сокращений диафрагмы мыши, прежде чем разрушиться на отдельные органические компоненты. Чтобы убедиться в безопасности устройства, исследователи имплантировали его в заднюю часть мыши, а затем следили за ответом иммунной системы. Результаты показали лишь незначительное воспаление после того, как датчик был вставлен, и окружающая ткань вернулась к нормальному состоянию после четырех недель.
Прибор состоит из двух слоев пьезоэлектрической пленки PLLA, зажатой между крошечными молибденовыми электродами, инкапсулированных слоями полимолочной кислоты PLA, биоразлагаемого продукта, обычно используемого для костных винтов и тканевых лесов. Молибден используется для сердечно-сосудистых стентов и имплантатов. Пьезоэлектрическая пленка PLLA излучает небольшой электрический заряд, когда к нему прикладывается даже самое маленькое давление. Эти небольшие электрические сигналы могут быть захвачены и переданы на другое устройство для проверки врачом.
Авторы утверждают, что показания датчика во время тестирования были равны показаниям существующих устройств и столь же надежны. Он способен захватывать широкий спектр физиологических давлений, а чувствительность можно отрегулировать, изменив количество слоев используемой PLLA и другие факторы. Конечной целью исследователей является разработка сенсорной системы, полностью биоразлагаемой в организме человека. «Для этого датчика много приложений. например, его можно имплантировать в мозг. Мы можем использовать биоразлагаемые провода и помещать сопутствующую электронику вдали от тонкой ткани головного мозга, например, под кожей за ухом, подобно кохлеарному имплантату», — говорит Нгуен.
Японские ученые из центра RIKEN продемонстрировали, как мох может быть «зеленым» веществом для дезактивации загрязненной воды и почвы.
Команда исследователей во главе с Мисао Итуга, выяснила, что мох Funaria hygrometrica способен поглощать значительное количество свинца из воды. Известно, что вода, загрязненная этим тяжелым металлом, является серьезной экологической проблемой. Усугубляет проблему тот факт, что современные способы удаления свинца или других тяжелых металлов из воды требуют топлива и огромного количества энергии. В качестве альтернативы существующим процессам фиторемедиация представляет собой метод, который использует фотосинтезирующие организмы для очистки почвы или загрязненной воды. Итуга с коллегами начали поиск техники очистки на основе фиторемедиации, посмотрев на мох, который хорошо растет на участках, загрязненных такими металлами, как медь, цинк и свинец.
«Мы обнаружили, что мох может функционировать как превосходный абсорбент свинца. Эта ценная способность делает его потенциальным очистителем сточных вод в горнодобывающей и химической промышленности», говорят ученые. Чтобы выяснить способность мха поглощать металл, эксперты создали растворы с разной концентрацией 15 различных элементов и подвергли их воздействию протохромы F. hygrometrica . После 22 часов воздействия масс-спектрометрический анализ показал, что моховые клетки поглотили до 74% свинца от их сухой массы, что довольно значительно и выше, чем у любого другого металла.
Анализ показал, что в клетках протонных мхов больше 85% свинца накапливается в клеточных стенках, причем меньшие количества находятся в мембранах органелл и внутри хлоропластов, где происходит фотосинтез. Сосредоточив внимание на клеточных стенах, исследователи обнаружили, что они поглощали свинец даже после удаления из живого мха. Авторы уверены, что есть что-то особенное в клеточных стенках этого вида мха, что позволяет ему процветать в средах, которые токсичны для других растительных организмов.
Анализ с применением ядерного магнитного резонанса показал, что полигалактуроновая кислота в клеточных стенках отвечает за поглощение тяжелого элемента. «Мы сравнили данные F. hygrometrica с данными наземных растений и морских водорослей и обнаружили, что присутствие полигалактуроновой кислоты в клеточной стенке является одной из характеристик, которые отличают этот тип мха от других растений», пояснили эксперты.
Затем японские ученые определили, как клетки протонемы впитывают свинец при значениях рН от 3 до 9, что важно, так как кислотность загрязненной металлом воды может варьироваться. «Наши результаты показывают, что F. hygrometrica — полезный биоматериал для извлечения свинца из водных растворов», говорит соавтор разработки Хитоши Сакакибара.