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Jul 27, 2023

トランジスタはテープのように内臓に貼り付けられる

Sarah CP Williams 著 2023 年 8 月 16 日 植込み型センサーを鼓動する心臓の表面に貼り付けるには、通常、センサーの周囲を縫合するか、大量の接着剤を重ねる必要があります。

サラ・CP・ウィリアムズ

2023 年 8 月 16 日

鼓動する心臓の表面に埋め込み型センサーを貼り付けるには、通常、センサーの周囲を縫合するか、センサーと心臓の間に多量の接着剤を重ねる必要があります。 どちらの場合も、このようなセンサーが心臓組織にしっかりと途切れることなく接触することはほとんどなく、臨床医が患者の心臓機能に関して収集できるデータは限られています。

この課題を解決するために、シカゴ大学プリツカー分子工学大学院の研究者らは、心臓を含む生体組織の湿った柔軟な表面にしっかりと貼り付くことができる新しい粘着性半導体を設計した。 Science 誌に記載されているこの半導体により、トランジスタベースのバイオセンサーに組織接着特性が可能になります。

「これは、固有の特性として生体接着性を備えた初めての半導体およびトランジスタです。これを組織に貼り付けるのに臓器侵襲性の縫い目、ステープル、または接着剤は必要ありません」とプリツカー分子工学の助教授、Sihong Wang 氏は述べています。研究を主導した。 「これにより、バイオセンシングのあらゆる種類の新たな可能性が開かれることになります。」 ワン氏はアルゴンヌ国立研究所でも兼務している。

PME のワン氏の研究室は、健康状態を監視するために人体と接続する一連のデバイスを支える新しい材料の開発に重点を置いています。 彼らのこれまでの研究の一部は、健康データを分析できる伸縮性のある柔軟なコンピューター チップや、ウェアラブル電子機器に統合するための伸縮性ディスプレイにつながりました。

しかしワン氏は、このワークフローの最初のステップである内臓から情報を収集してチップやディスプレイに送信するバイオセンサーに革命を起こすには、さらなる研究が必要だと考えた。

以前に開発されたバイオセンサーは、生きた器官にしっかりと接着するのがあまり得意ではなかったと同氏は述べた。 これは、彼らが提供したデータに一貫性がないか、むらがあることを意味しました。

「人体の内部のどこからでも情報を取得するための重要なステップは、組織からデバイスに信号を変換することです。デバイスが組織表面にぴったりと適合して接着できるほど、信号変換はより効果的になります。」と説明しました。ナン・リー博士この作品の最初の著者であるワンの研究室の学生。

人間のほとんどの臓器は常に動いており、成長または縮小する能力があることに加えて、常に湿っています。

「乾いた表面にテープを貼り付けようとすると、強力に接着する可能性があることは、誰もが自分の人生経験から知っています」とワン氏は言う。 「しかし、同じテープを濡れた表面に貼り付けようとすると、はるかに難しくなります。」

Wang 氏のグループは、湿った組織の表面にある液体を吸収してその表面に付着する新しいポリマーを開発することで、これらの課題を克服しました。 彼らはこのポリマーを、過去に設計した伸縮性のある柔軟な半導体と組み合わせました。 結果として得られるセンサーは、2 つの材料 (1 つは生体接着性、もう 1 つは半導体) の「二重ネットワーク」です。 研究者らは、組み合わせたときにどちらの材料の特性も低下しないように新しい材料を設計した。

新しい粘着性ポリマーの有用性をテストするために、ワン氏と彼の同僚は、その材料を使用して心臓の電気活動に関するデータを収集できるデバイスを作成しました。

「この装置は、非常に穏やかな圧力を1分もかからずに、心臓の表面のどの場所にも取り付けることができました」とWang氏は述べた。

研究者らは、このデバイスがずれることなく心臓の一領域に貼り付き、心臓にホッチキスで留められたり接着されたりしたデバイスよりも信頼性が高く、高品質のデータを収集したことを示した。 心臓などの臓器の多くの領域にデータをマッピングしたい研究者にとって、このような安定した緊密な組織接着は、長期記録の空間分解能に大きなメリットをもたらします。

しかし、ワン氏は、この新しい生体接着材料の用途の可能性は、電気生理学的信号の記録をはるかに超えていると言う。 同じ材料を使用して、体内の免疫分子、電解質、代謝産物のレベルに関するデータを収集する粘着センサーを作成することができます。