Вживляемый материал 7: Вживляемый материал 7 букв — Сканворды и Кроссворды

синтетический материал 7 букв

плотный материал 7 букв

строительный материал 7 букв

вживляемый — это… Что такое вживляемый?

Ткани будущего уже сегодня — Все интересное в искусстве и не только. — LiveJournal

Кажется, среди моих читателей много  любителей фантастики, фентези… Я думаю, большинство из нас, любителей этого чудесного жанра, хоть раз слышали примерно такие слова: «Ну что ты там нашел? Что ты читаешь? Ведь это все выдумки»! А  потом почему-то никто не удивляется, когда самые фантастические выдумки реализуются в нашем быте. Не буду о тех вещах, вроде телека и сотового, которые совсем недавно казались мечтой фантаста, а теперь просто устройство, которым, не задумываясь, пользуюшься.
Расскажу о тканях. Разработаны технологические процессы для самых фантастических идей. Светящиеся ткани, цвет которых можно регулировать, согревающие, реагирующие на перемену t… Впрочем, по порядку.

КОМПАНИЯ STUDIO XO.
В оформлении вещей используются электронные микрогаджеты. Например, недавно дизайнеры «цифрового панка» (так они себя сами называют) создали купальник с огромным количеством светодиодов, по виду сильно напоминающих кристаллы Swarowski. Они светятся разноцветными огоньками, преломляют свет в такт музыке или просто «моргают» разными цветами так, как того хочет оформитель-настройщик, регулирующий работу гаджета.
Носить такой было бы интересно. Весь светишься и переливаешься, как дискотека…

Вживлённые микрокапсулы с парафином.

Полимер под микроскопом.

КОМПАНИЯ OUTLAST TECHNOLOGIES.
Разработан материал, представляющий собой капсулы с парафином в виде микрошариков, которые можно смело вживлять непосредственно в нити полиэфирного волокна. Когда, например, платье с этим веществом находится в комнате, разогретой до 20°С, парафин в шариках превращается в жидкость. А когда температура опускается, например, до -20°С, они твердеют и выделяют тепло на протяжении нескольких часов.
Получается теплые и (пока в разработке) легкие куртка, платье или свитер.Планируется первоначально  использовать такую высокотехнологичную одежду в армии.

Печать на 3D-принтере.

Фрагмент платья, напечатанного на 3D-принтере

ОНО СОСТОИТ ИЗ ЗАКАЛЕННОГО ПОРОШКООБРАЗНОГО НЕЙЛОНА. Материал практичный: движений не сковывает, выглядит футуристично, может использоваться после переработки для печати других платьев на домашнем 3D-принтере. Если такой материал будет массовым, одежду больше не нужно будет покупать — достаточно приобрести эскиз и распечатать его дома.

Гель, накапливающий холод

АВСТРАЛИЙСКАЯ КОМПАНИЯ ARCTIC HEAT выпускает одежду, которая содержит специальный экологически чистый гель, способный накапливать холод. Перед выходом на улицу в жаркий день нужно просто положить майку или шапку с гелем в морозильную камеру и подождать, пока она основательно остынет.

ПОСЛЕ ЭТОГО ОДЕЖДА С ЗАМЕРЗШИМ ГЕЛЕМ БУДЕТ ОХЛАЖДАТЬ ТЕЛО, пропуская к коже строго дозированное количество холода. Такие продукты могут спасать от жары несколько часов. Разработчики уверяют, что если подержать жилет Arctic Heat в ледяной воде в течение 5-10 минут, он останется холодным около одного часа. Правда, стоит такая технологичная одежда недешево — майку, например, предлагают за $220.
(У меня такие очки есть, в холодильнике лежат до использования. Снимают усталость с глаз после сидения за компом).

Провода, вплетённые в ткань

Жилет со встроенными проводами

НЕМЕЦКАЯ КОМПАНИЯ NOVONIC РАЗРАБОТАЛА УНИКАЛЬНУЮ технологию вплетения в ткань тонких проводов, которые нагреваются, если пропустить через них ток. Работает это так: вышел на улицу, нажал кнопку на куртке или жилете, и одежда нагреется до выбранной температуры.

ДОПУСТИМЫЙ МАКСИМУМ — + 42 ГРАДУСА ПО ЦЕЛЬСИЮ. Чтобы все это работало, внутри жилета есть аккумулятор емкостью 2200 мА/ч и с безопасным напряжением в 7,4 В. Весит он всего 200 г, так что на типичной зимней куртке никто разницы не почувствует. Один заряд аккумулятора позволяет нагреть куртку шесть раз, и каждый раз она будет держать температуру 20 минут. Создатели также очень гордятся тем, что их одежду можно стирать в обычной стиральной машине.

Материал, самостоятельно заделывающий повреждения.

Работает только под концентрированным ультрафиолетовым лучом.

АМЕРИКАНСКИЕ УЧЕНЫЕ МАРЕК УРБАН И БИСВАДЖИТ ГХОШ создали достаточно прочный и эластичный материал, который самостоятельно может заделывать полученные повреждения.

Основой служит полиуретан — весьма простой и дешевый синтетический полимер. Для того чтобы он мог сам себя восстанавливать, в него добавляют оксетан и хитозан. Чтобы запустить процесс, на ткань необходимо просто направить концентрированный луч ультрафиолета.

Давайте пофантазируем, какие новы профессии появятся, как только производство тканей станет массовым…,  например, видеохудожник по принтам или модный инженер.

lookatme.ru/mag/future/future-lists/193733-materials

вживляемый — это… Что такое вживляемый?

Натуральный костнозамещающий материал. Гранулы губчатой кости. — Implant Line

THE Graft –Биологический минерализованный материал, изготовляемый из депротеинизированной свиной губчатой кости. Свиная кость обладает высокой биологической совместимостью с человеческой костью. При производстве кости THE Graft устранены потенциально все иммуногенные элементы, и при этом сохранена уникальная структура материала. Технология производства запатентована.

THE Graft является признанным качественным костным материалом всеми стоматологами мира. 

THE Graft используется стоматологами из более чем 30 стран.
Высокое качество THE Graft доказано многочисленными клиническими случаями, проработанными как в больницах, так и образовательных учреждениях по всему миру.
Великолепное качество THE Graft было подтверждено выдающимися стоматологами в более чем 30 странах, в том числе в Европе и Азии.

THE Graft во многих аспектах не уступает по качеству натуральному бычьему ксенотрансплантату. В нескольких работах представлены многочисленные сравнения испытаний invivo и invitro, а одна из них была опубликована в одном из научных вестников SCI.6 Идентичен натуральному депротеинизированному бычьему костному минералу (ДБКМ).

• Улучшенная биосовместимость: 

THE Graft в максимальной степени близок к человеческой кости по физической структуре и химическому составу, создавая оптимальные условия для улучшения биосовместимости и регенеративной способности, в особенности, в сравнении с бычьей костью. В частности, улучшенная биосовместимость изделия THE Graft была подтверждена испытанием на адгезию клеток и на отложение апатита с использованием натурального костного имплантата.

• Улучшенные физические характеристики: 

По результатам сравнения таких физических характеристик как пористость и естественная морфология у натурального ДБКМ и THE Graft, было доказано, что физические характеристики THE Graft аналогичны натуральному ДБКМ.

• Улучшенные биохимические характеристики:

Ключевыми факторами, влияющими на сосудистую инвазию и высокое сцепление с тканью хозяина, являются увлажняемость и проницаемость костного имплантата.
По результатам сравнительного испытания, обе эти характеристики у THE Graft не уступали натуральному ДБКМ.

Shanz Screws Имплантируемый материал / Инструменты для травматологии / Инструменты для травматологии

US $ 4.00–7 долларов США / Кусок | 10 шт / шт (минимальный заказ)

Перевозка:

Служба поддержки Морские перевозки

Компонент Table React — Material-UI

Таблицы отображают наборы данных. Их можно полностью настроить.

отображают информацию в удобном для просмотра виде, чтобы пользователи могли искать закономерности и идеи. Они могут быть встроены в основной контент, например в карточки.

Таблицы могут включать:

• Соответствующая визуализация
• Навигация
• Инструменты для запроса и обработки данных

При включении инструментов их следует размещать непосредственно над или под столом.

Структура

Таблица данных содержит строку заголовка вверху, в которой перечислены имена столбцов, за которыми следуют строки для данных.

Флажки должны сопровождать каждую строку, если пользователю нужно выбрать или изменить данные.

Для обеспечения доступности первый столбец установлен как элемент с областью «столбец» . Это позволяет программам чтения с экрана определять значение ячейки по имени строки и столбца.

Простой стол

Простой пример без излишеств.

Плотный стол

Простой пример плотного стола без излишеств.

Сортировка и выбор

Этот пример демонстрирует использование Checkbox и интерактивных строк для выбора с настраиваемой панелью инструментов . Он использует компонент TableSortLabel для помощи в стилизации заголовков столбцов.

Таблица имеет фиксированную ширину для демонстрации горизонтальной прокрутки. Чтобы предотвратить прокрутку элементов управления разбиением на страницы, компонент TablePagination используется вне таблицы.(В приведенном ниже примере «Настраиваемое действие для разбивки на страницы» показано разбиение на страницы в нижнем колонтитуле таблицы.)

Пользовательские параметры разбивки на страницы

Можно настроить параметры, показанные в поле «Число строк на странице», используя свойство rowsPerPageOptions prop. Вы должны либо предоставить массив:

• номера , каждый номер будет использоваться для метки и значения опции.

• объектов , значение и метка ключи будут использоваться соответственно для значения и метки опции (полезно для языковых строк, таких как «Все»).

Пользовательские действия разбиения на страницы

Свойство ActionsComponent компонента TablePagination позволяет реализовать настраиваемые действия.

Фиксированный заголовок

Пример таблицы с прокручиваемыми строками и фиксированными заголовками столбцов. Он использует свойство stickyHeader (нет поддержки IE 11).

Сворачиваемая таблица

Пример таблицы с расширяемыми строками, раскрывающими дополнительную информацию.Он использует компонент Collapse .

Составная таблица

Простой пример объединения строк и столбцов.

Virtualized Table

В следующем примере мы демонстрируем, как использовать react-virtualized с компонентом Table . Он отображает 200 строк и может легко обработать больше. Виртуализация помогает решить проблемы с производительностью.

Ученые приблизились к созданию имплантируемого костного материала

(PhysOrg.com) — Ученые ближе к пониманию того, как выращивать замещающие кости с помощью технологии стволовых клеток, благодаря исследованиям, опубликованным сегодня в журнале Nature Materials .

Многие ученые в настоящее время пытаются создать костноподобные материалы, полученные из стволовых клеток, для имплантации пациентам, у которых есть поврежденные или сломанные кости, или которым были удалены части больных костей.Идея состоит в том, что в конечном итоге эти костеподобные материалы можно было бы вставить в полости, чтобы настоящая кость могла слиться с ними и восстановить кость.

На данный момент ученые обнаружили, что они могут выращивать небольшие «узелки» из материала, похожего на кости, в лаборатории из различных типов костных клеток и стволовых клеток. Все эти типы клеток вызывают значительный интерес как многообещающие кандидаты для будущих имплантатов у людей, клинические испытания которых уже ведутся. Однако ученым все еще необходимо тщательно изучить и понять химические свойства и структуру костеобразных материалов, которые они выращивают.

Теперь ученые из Имперского колледжа Лондона сравнили «костеподобный» материал, выращенный из трех различных обычно используемых клинически значимых типов клеток, и обнаружили значительные различия между качеством костного материала, который они могут образовывать.

Например, исследователи обнаружили, что «костеподобные» материалы, которые были выращены из костных клеток черепа мыши и стволовых клеток костного мозга мыши, успешно имитировали многие отличительные черты настоящей кости, в том числе жесткость.Однако они обнаружили, что «костеподобный» материал, выращенный из эмбриональных стволовых клеток мыши, был гораздо менее жестким и менее сложным по своему минеральному составу по сравнению с другими материалами. Исследователи предполагают, что сейчас необходимы дальнейшие исследования, чтобы изучить значение этих результатов для различных методов лечения стволовыми клетками.

Профессор Молли Стивенс из Департамента материалов и Института биомедицинской инженерии Имперского колледжа Лондона говорит: «Многие пациенты, которым удалили кость из-за опухолей или несчастных случаев, живут в настоящей боли.Восстанавливая участки костных дефектов в теле с помощью костноподобного материала, который лучше всего имитирует свойства настоящей кости, мы можем неизмеримо улучшить их жизнь. Наше исследование дает важное представление о том, как различные источники клеток могут действительно влиять на качество кости, которую мы можем произвести. Это приближает нас на один шаг к разработке материалов, которые будут иметь наибольшие шансы на успех при имплантации пациентам ».

Для проведения своего анализа исследователи использовали лазерную рамановскую спектроскопию, чтобы понять подробный химический состав живых клеток по мере их роста, и методы многомерного статистического анализа, которые позволили им сравнивать и анализировать данные о росте различных популяций клеток.Они также использовали наноиндентор и электронную микроскопию высокого разрешения, что позволило исследователям исследовать образцы, чтобы понять, насколько жесткими были костяные материалы и какова их структура на микроскопическом уровне.

Дополнительная информация: «Сравнительные различия материалов, выявленные в искусственно созданной кости в зависимости от клеточно-специфической дифференцировки» Nature Materials , воскресенье, 26 июля 2009 г.

Источник: Imperial College London (новости: в сети)

Ссылка : Ученые приближаются к созданию имплантируемого костного материала (2009, 26 июля) получено 18 августа 2020 с https: // физ.орг / Новости / 2009-07-ученые-ближе-имплантируемый-костно-material.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, нет часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Последние достижения в области имплантируемых беспроводных сенсорных сетей

1. Введение

Имплантируемые электронные устройства становятся все меньше и эффективнее, что повышает их пригодность для многих новых приложений до невиданного ранее уровня. Примерами таких устройств являются имплантируемые химические сенсоры [1], сенсоры глюкозы и кислорода для диабетиков [2], нервные имплантаты [3, 4] и кохлеарные имплантаты [5]. Постоянная эволюция этих устройств открывает путь для их широкомасштабного использования в организме человека.Нетрудно представить себе кластер датчиков, собирающих данные из нескольких разных мест человеческого тела, порождающих то, что называется сетью области тела (BAN). BAN — это беспроводная сенсорная сеть (WSN), которая состоит из устройств, работающих внутри, на теле человека или рядом с ним [6]. Он состоит из небольшого количества устройств, оснащенных биомедицинскими датчиками и беспроводной связью [7].

BAN и WSN имеют много общих проблем, но BAN создают определенный набор проблем, требующих решения:

• Ограничения по размеру, налагаемые ограниченным доступным пространством внутри тела.

• Окружающие имплантат материалы с потерями, которые сильно ослабляют электромагнитные сигналы, используемые для связи, ухудшая качество связи.

• Проблемы биосовместимости.

• Требование высокой энергоэффективности из-за ограниченной доступной энергии, будь то от батарей или других методов питания [8].

• Связь должна быть надежной, поскольку она может передавать срочную информацию об опасных для жизни состояниях человека.

• Во время общения должна быть гарантирована сохранность данных, поскольку будет передаваться личная и конфиденциальная медицинская информация.

В этой главе будут изучены имплантируемые сенсоры и сенсорные сети, начиная с примеров их применения в биомедицине и современных сенсоров. Будут рассмотрены и обсуждены методы, которые позволяют устройствам обмениваться данными с внешним миром, поскольку датчики должны передавать данные на внешний считыватель, чтобы к ним мог получить доступ человек или медицинский персонал.Будут представлены альтернативные методы питания, которые позволяют устройству иметь меньшие форм-факторы, чем те, которые возможны с батареями. Достижения в области материаловедения и технологий производства привели к интеграции электроники с интеллектуальными материалами, что привело к рождению нового поколения устройств, которые как никогда подходят для имплантации. Эти усилия по интеграции будут представлены в этой главе. Поскольку основной интерес этой публикации — беспроводные сенсорные сети, будут представлены сетевые проблемы, с которыми сталкиваются внутренние сенсоры.Наконец, появились сообщения о самоходных устройствах, и возможность наличия датчиков, способных перемещаться в различные места человеческого тела, вдохновила авторов на представление некоторых из этих методов движения.

2. Приложения

В области биомедицины имеется широкий спектр устройств и методов, которые могут помочь медицинскому персоналу в диагностике, лечении и лечении заболеваний. В этом разделе основное внимание уделяется датчикам, которые отвечают за сбор данных о заданном биомедицинском сигнале и их передачу врачам.Поскольку предметом этой книги являются беспроводные сенсорные сети, будут рассмотрены и представлены только сенсоры с беспроводными возможностями. Наряду с предлагаемыми устройствами будут представлены примеры применения датчиков в медицинской сфере.

2.1. Внутриглазное давление

Мониторинг внутриглазного давления (ВГД) — важный инструмент для медицинского персонала в диагностике и контроле глаукомы. Это заболевание является второй по частоте причиной слепоты, и, по прогнозам, к 2020 году оно поразит около 80 миллионов человек [9].Возможны различные подходы к измерению ВГД: от неинвазивных устройств, таких как контактные линзы [10, 11], которые измеряют деформацию кривизны роговицы из-за дополнительного давления, до инвазивных имплантируемых датчиков [12–16], которые непосредственно измерить ВГД внутри глаза. Устройство, представленное в Ref. [12], по мнению авторов этой главы, является современным уровнем IOP. Это датчик размером 1,5 мм ² с возможностью беспроводной связи и потребляемой мощностью всего 7 мкВт, который удовлетворяется за счет сбора солнечной энергии.

2.2. Нейронная активность

Нейронная активность предоставляет полезные данные для ряда различных приложений. Его можно использовать, например, для диагностики нейронных дисфункций, таких как эпилепсия [17], для управления протезами конечностей с помощью так называемого интерфейса мозг-машина [18] и поведенческих исследований [19]. Потенциалы действия нейронов могут быть измерены в глубоких тканях мозга с помощью имплантируемых игл [20] или на поверхности коры [17, 21–23], что уменьшает кортикальное рубцевание и позволяет проводить хронические и стабильные измерения [21].Есть даже примеры устройств, используемых для регистрации электрической активности нейрона периферической нервной системы [18]. Самым современным в области имплантируемых нейронных датчиков считается устройство, представленное в работе. [21]. Это радиочастотный (RF) датчик с беспроводным питанием, 42,25 мм ² , 64-канальный датчик со скоростью передачи данных 1 Мбит / с, потребляющий всего 225 мкВт. Устройство меньшего размера, потребляющее 120 мкВт, доступно в Ref. [18], но одноканальная топология ставит его в невыгодное положение.

2.3. Давление в мочевом пузыре

Мониторинг давления в мочевом пузыре — важный инструмент для диагностики дисфункций мочевого пузыря. Поскольку некоторые симптомы могут возникать только при нормальной повседневной деятельности, например, при ходьбе, их нельзя зарегистрировать при измерении острых симптомов в больнице. Необходимо имплантируемое хроническое чтение, желательно без дискомфорта для пациента. Примеры таких устройств представлены в [5]. [24-27]. В исх. В [27] представлен 40-миллиметровый датчик ² , потребляющий 16 мкВт, с возможностью передачи мощности звуковой волны и связью на основе LC-резонанса, который считается современным в этой области.

2.4. Глюкоза

Мониторинг уровня глюкозы традиционно выполняется самим пациентом, обычно путем укола кончика пальца и взятия небольшого образца крови. К сожалению, этот метод неудобен для пациента и позволяет проводить измерения только в определенные моменты времени. Имплантируемые альтернативы изучаются и уже представлены [28, 29]. Они позволяют осуществлять непрерывный мониторинг уровня глюкозы и могут использоваться для включения сигналов тревоги или даже для автоматического управления имплантируемыми инсулиновыми помпами, тем самым улучшая качество жизни пациента.В исх. [28] представлен игольчатый имплантируемый беспроводной датчик 0,5 × 0,5 × 5 мм ³ со световым питанием и связью.

2,5. Артериальное давление

Высокое артериальное давление — основная причина заболеваемости и смертности во всем мире [30]. Он отвечает за повышенный риск сердечно-сосудистых заболеваний, проблем с сердцем, инсультов и аневризм. Будучи таким критически важным параметром, непрерывный мониторинг может оказаться важным для медицинского персонала при диагностике состояний.Имплантируемые беспроводные датчики артериального давления были предложены в работе. [30-33]. Артериальное давление также может быть полезно для контроля деградации сосудистого трансплантата посредством измерения кровотока, и датчик, способный выполнять эту задачу, представлен в работе. [34]. На современном уровне техники считается датчик кровяного давления сосудистого трансплантата, представленный в Ref. [34]. Этот датчик имеет 2,67 мм чип ² с двумя катушками, которые удерживают его внутри сосудистого трансплантата. Давление оцифровывается и рассеивается обратно, при этом устройство потребляет только 21.6 мкВт и чувствительностью 0,176 мм рт.

2.6. pH

pH раствора играет важную роль в химических процессах, которым он подвергается, поэтому влияет на несколько физиологических параметров и функций. pH может использоваться для определения присутствия микробов в опухолях и контроля заживления ран [35]. В работах. [36, 37], датчик используется для мониторинга гастроэзофагеальной рефлюксной болезни (ГЭРБ) путем измерения pH в пищеводе. В исх. [38], рН полости рта измеряется для контроля патогенеза кариеса зубов.Устройство, представленное в Ref. [35] — это современные имплантируемые датчики pH. Он объединяет датчики на основе углеродных нанотрубок, для которых не требуется электрод сравнения, с RFID-меткой, которая модулирует данные на внешнем носителе. Он способен точно определять уровни pH от 2 до 12 в течение 120 дней.

2.7. Внутричерепное давление

Внутричерепное давление — жизненно важный биомедицинский параметр, когда речь идет о лечении черепно-мозговых травм. Современные методы требуют введения катетеров в полость черепа, что доставляет дискомфорт пациенту и несет риск инфицирования и кровотечения [19, 39].Минимально инвазивные методы, основанные на беспроводных датчиках, были представлены в работах. [39-42]. Chen et al. представлены в работе. [39], пассивные сенсоры объемом до 1 × 1 × 0,5 мм ³ . Были зарегистрированы диапазоны давления от 0 до 100 мм рт. Ст. При беспроводном и безбатарейном режиме.

2,8. Электромиография

Электромиография (ЭМГ) измеряет электрические потенциалы, присутствующие в мышцах, и эти данные могут быть полезны для диагностики заболеваний и травм, функциональной электростимуляции и контроля протезных конечностей.Датчики ЭМГ с возможностью беспроводной связи были представлены в работах. [43, 44]. Датчик, представленный в Ref. [44] представляет собой монитор ЭМГ и электрокардиограммы (ЭКГ) с четырьмя аналоговыми каналами, чипом, который потребляет 19 мкВт (при выборке из одного канала) и обменивается данными со скоростью передачи данных 200 кбит / с при потребляемой мощности 160 мкВт. Он включает в себя модули передачи РЧ-энергии и сбора термоэлектрической энергии, что придает устройству универсальность.

2.9. Электрокардиограмма

Измерения электрокардиограммы (ЭКГ) позволяют врачам ближе познакомиться с сердцем пациента, и ее можно использовать, например, для выявления аритмий и сердечных приступов (инфарктов миокарда).Беспроводные мониторы ЭКГ были предложены в работах. [44, 45]. Устройство, представленное в Ref. [45] отличается чрезвычайно низким энергопотреблением — 64 нВт, что поднимает планку с точки зрения бюджета мощности. Тем не менее, он не позволяет осуществлять непрерывный мониторинг, так как сохраняет в памяти только аномальные события для последующей беспроводной ретрансляции. Для непрерывного мониторинга ранее обсуждавшееся устройство Ref. [44] считается современным.

3. Коммуникации

Сообщалось о многообещающих и жизнеспособных коммуникационных стратегиях, таких как внутрикорпоративное общение (IBC) [46, 47] и ультразвук (US) [48].Первый заключается в использовании биологической ткани хозяина системы в качестве проводящей среды для электрических сигналов, передающих данные. Второй основан на ультразвуке, механической волне с частотой выше 20 кГц, которая страдает низким поглощением тканями. Радиочастота (RF) — наиболее широко применяемый метод связи; поэтому в этом разделе основное внимание будет уделено датчикам с беспроводной радиосвязью. Будут представлены пассивные и активные методы радиочастотной связи с примерами устройств, использующих их.

3.1. Пассивная радиочастотная связь (PRFC)

Этот метод связи основан на резонансной частоте пары связанных катушек, одна в беспроводном имплантате, а другая во внешнем устройстве. Датчик прикреплен к катушке имплантата, и изменение параметра, к которому чувствителен датчик, приводит к изменению импеданса катушки. Следовательно, резонансная частота связанных катушек будет сдвигаться при изменении интересующего параметра, например, IOP.Как правило, этот подход не требует питания от имплантата [13, 14, 32, 33, 39, 40], так как внешний считыватель отвечает за обнаружение изменения импеданса в катушке имплантата и на его основе рассчитывает значение измеренного параметра. Это позволяет использовать имплантаты меньшего размера, поскольку сокращается бюджет мощности и не требуется электроника для обработки. С точки зрения запрета на доступ, этот метод связи может применяться в ситуациях, когда возможно считывание на теле (например, мониторинг внутриглазного давления, когда внешний считыватель помещается в очки, которые носит пациент).

3.2. Активная радиочастотная связь (ARFC)

Имплантируемые датчики, описанные в этом подразделе, обмениваются данными с внешним миром, используя бортовую антенну и радиочастотный сигнал за счет энергии. В исх. В [30] авторы прибегли к емкостной связи, в отличие от более распространенной индуктивной связи. Этот метод заключается в использовании биологической ткани хозяина в качестве диэлектрика между двумя наборами металлических пластин, одна на датчике, а другая на считывающем устройстве, которые можно носить на теле или имплантировать.Рабочие частоты должны быть как можно более низкими, так как ткань становится более проводящей с увеличением частоты.

Связь с индуктивной связью осуществляется между двумя катушками и имеет то преимущество, что она более эффективна, чем связь в дальней зоне. С другой стороны, необходимо точное выравнивание катушек, что может привести к резкому снижению эффективности. Кроме того, расстояние между катушками должно быть как можно меньше, в отличие от дальнего поля, которое можно использовать на больших расстояниях.Выбор между одним из этих двух методов питания должен быть сделан с учетом доступного пространства, бюджета мощности и руководящих принципов радиационной безопасности. Из приведенных примеров нельзя установить связь между выбором индуктивной связи или связи в дальней зоне и применением датчика.

Выбор между пассивными и активными коммуникационными технологиями — это вопрос, к которому нельзя легкомысленно относиться при проектировании и разработке имплантируемого датчика. С учетом BAN, если рядом с имплантированными датчиками доступны носимые или большие имплантируемые реле, а последние имеют серьезные ограничения по объему, пассивная связь может быть жизнеспособным вариантом, поскольку реле могут поддерживать громоздкие батареи или компоненты беспроводной передачи энергии (WPT), и Имплантированный датчик может использовать осциллятор для модуляции данных в РЧ-сигнал реле и его обратного рассеяния.В приложениях, где у датчика есть доступное пространство для вычислительных возможностей, могут использоваться индуктивные связи. Благодаря этому датчик может обрабатывать большие объемы данных, например, по нескольким каналам. Когда желательна работа на большом расстоянии, например когда нет необходимости в использовании встроенных или имплантируемых реле, связь в дальней зоне является лучшим вариантом, поскольку она устраняет эти ограничения.

4. Питание

Миниатюризация сенсора — желаемая цель; следовательно, необходимо найти компромисс между размером батареи и, следовательно, размером самого устройства и его автономностью, имея в виду, что замена батареи может потребовать инвазивной хирургической процедуры, которая потенциально может привести к осложнениям со здоровьем [49, 50].Стремление к поиску новых и надежных решений для питания имплантируемых устройств с целью увеличения срока их службы и уменьшения их объема очевидна, и интерес к этой области подтверждается количеством публикаций, опубликованных за предыдущие годы. На рисунке 1 представлена ​​диаграмма различных типов питания устройств, которые будут обсуждаться в этом разделе.

Рис. 1.

Способы включения имплантируемого устройства.

4.1. Сбор энергии

Методы сбора энергии состоят из сбора полезного количества энергии из окружающей среды для питания устройства или зарядки аккумулятора, имеющего потенциал для обеспечения энергией биомедицинских устройств, поскольку они могут давать неограниченное количество энергии, резко увеличивая срок службы устройств ,Однако получение полезного количества энергии из окружающей среды может оказаться сложной задачей, поскольку количество доступной энергии непостоянно и часто очень ограничено, что требует специальных схем управления питанием [49, 51]. Несмотря на вышеупомянутые ограничения, исследования в области сбора энергии представляют большой интерес из-за постоянного снижения требований к мощности электронных схем [52].

Исследователи предложили несколько методов сбора энергии, при этом особое внимание уделяется термоэлектрическим генераторам, биомеханической энергии, солнечной энергии, биотопливу и сборщикам радиочастотной энергии.

4.1.1. Термоэлектрические генераторы

Термоэлектрические генераторы — это твердотельные устройства, которые преобразуют тепловую энергию из температурных градиентов в электрическую [53]. Это привлекательные источники питания для имплантируемых устройств, поскольку они обладают высокой надежностью, компактны и не требуют движущихся частей [54]. Такие генераторы основаны на эффекте Зеебека, который утверждает, что электрическое напряжение генерируется на металле или полупроводнике, когда он подвергается воздействию температурного градиента [55].

4.1.2. Сборщики биомеханической энергии

Биомеханическая энергия обычно присутствует в человеческом теле. Он вызывается дыханием, растяжением мышц, весом тела при движении и сердечными сокращениями. Преобразование между типами энергии достигается с помощью механизма преобразования, наиболее распространенными являются электромагнитный и пьезоэлектрический механизмы. Сборщики биомеханической энергии обычно делятся на две категории: вибрационные и силовые. Вибрационные комбайны используют инерционную энергию заданной массы, тогда как силовые комбайны полагаются на прямое приложение механической силы [49].

Также была изучена возможность использования этого генератора для имплантируемых медицинских устройств. Он был имплантирован в стенку правого желудочка сердца собаки и произвел 80 мДж энергии через 30 минут операции [56].

4.1.3. Солнечная энергия

Было обнаружено, что солнечные элементы могут питать имплантируемые устройства. Даже будучи имплантированными ниже слоя кожи, эти клетки могут собирать некоторую энергию, так как небольшое количество света может проникать через кожу, в частности, ближний инфракрасный свет [57].Поглощение около 10% падающей мощности на миллиметр кожи происходит для длины волны 632,8 нм и 11,5% для 904 нм [58]. Тем не менее, большие размеры, низкая эффективность и нагрев тканей являются основными недостатками этих систем [59]. Ячейки для сбора солнечной энергии были разработаны в работах. [12, 60], и они способны генерировать 1,1 мкВт / мм ² в глазу и 34 мкВт / мм ² под кожей соответственно.

4.1.4. Биотопливо

Биотопливные элементы преобразуют биохимическую энергию в электрическую, используя электрохимические реакции.Реакции окисления и восстановления происходят на аноде и катоде биотопливного элемента, генерируя поток электронов, генерирующий энергию, которую устройство может использовать для своего питания. Преимущество этой технологии заключается, например, в биосовместимости топливного элемента и человеческого тела. С другой стороны, низкие уровни собираемой мощности могут представлять ограничение, а также деградацию анода и катода с течением времени. Примеры обзоров имплантируемых биотопливных ячеек в живых животных доступны в Refs.[61, 62].

4.1.5. Сбор радиочастотной энергии

Сбор радиочастотной энергии заключается в использовании электромагнитных волн, существующих в окружающей среде, например, генерируемых вышками связи. Эти волны могут обеспечивать питание электронных устройств. Количество доступного излучения, эффективность системы преобразования энергии и ограничения размеров устройства будут определять, будет ли этот метод достаточным для питания данного приложения. Несмотря на то, что технологический прогресс постоянно совершенствуется, ограничения по размеру имплантируемых медицинских устройств и типичная окружающая плотность РЧ-мощности вызывают некоторую неопределенность в отношении пригодности этого метода питания устройства, поскольку уровни мощности ниже 1 мкВт могут быть восстановлены [51].

4.2. Беспроводная передача энергии

Ранее изученные методы сбора энергии, подходящие для имплантации, генерируют небольшую выходную мощность. Следовательно, необходимо рассмотреть возможность использования специального эмиттера мощности для зарядки устройств. В качестве альтернативы появляются соответствующие технологии, такие как использование оптической энергии, ультразвука или радиочастотных волн.

4.2.1. Оптическое соединение

Было предложено использовать оптические волны для питания медицинских имплантатов, поскольку они не мешают работе близлежащих систем связи, как это делают радиочастотные волны.В исх. [63], для чрескожной передачи энергии использовалась матрица кремниевых диодов площадью 2,1 см ² , имплантированных на 1–3 мм под кожу. При использовании ближнего инфракрасного излучения на длине волны 810 нм с плотностью мощности 22 мВт / см ² сообщалось о зарядке литиевой батареи, способной питать коммерческий кардиостимулятор в течение 24 часов, в то время как повышение температуры кожи во время светового облучения было 1,4 ° С.

4.2.2. Ультразвуковая связь

Ультразвуковые волны, подобные оптическим волнам, не мешают расположенным поблизости электромагнитным полям и устройствам связи.Они вызывают вибрацию в ткани, и результирующая кинетическая энергия преобразуется в электрическую с помощью преобразователя, например пьезоэлектрический преобразователь [49]. Ультразвуковая передача энергии имеет некоторые недостатки, которые ограничивают ее применение в имплантируемых медицинских устройствах. Эта передача очень чувствительна к контакту между передатчиком и тканью, так как несовпадение импеданса между этими элементами или несовпадение между передатчиком и приемником может серьезно снизить эффективность передачи [64].

4.2.3. Радиочастотный канал

Электромагнитное излучение, в частности РЧ, подходит для передачи энергии на большие расстояния и представляет собой один из самых высоких потенциалов миниатюризации [65]. Кроме того, его поглощение биологическими тканями не вызывает повреждений, если не превышается удельная скорость поглощения (SAR).

Один из наиболее распространенных методов передачи энергии медицинским устройствам основан на индуктивной связи, так как он имеет самую низкую скорость поглощения тканями тела на более низких частотах.Этот метод ранее использовался, в частности, для питания кохлеарных имплантатов, тотальных искусственных сердец и нервных имплантатов [66–69]. Несмотря на свою популярность, этот метод имеет некоторые недостатки, такие как развязка катушек из-за несовпадения, поскольку он требует строгого позиционирования катушек передатчика и приемника [70–72]. Более того, диапазон индуктивной связи соответствует экспоненциальному затуханию, явлению ближнего поля, а это означает, что внешняя катушка должна находиться близко к имплантату. Эти ограничения можно преодолеть, установив ссылки посередине (см.[73]) или в дальнем поле, используя антенны. Хотя транспортировка энергии менее эффективна, она позволяет использовать большее расстояние между источником энергии и целью, чем предыдущие индукционные методы [74].

5. Интеграция

Большинство современных имплантируемых электронных устройств, например, рассмотренных в этой главе, основаны на кремниевой микроэлектронике. Развитие технологий производства и микроэлектроники привело к уменьшению размеров имплантируемой электроники.В настоящее время существует потребность в дальнейшей миниатюризации, чтобы сделать их более легкими для имплантации и менее травматичными для пациента. Об усилиях, предпринятых для достижения этой цели за последние несколько лет, будет рассказано на примерах успешных примеров.

Chen et al. [39] разработали беспроводной датчик контроля давления с размерами до 1 × 1 × 0,1 мм ³ . Устройство размером 2,5 × 2,5 × 0,1 мм ³ использовали для проверки конструкции in vivo. Резонансный контур, состоящий из индуктивной антенны и чувствительного к давлению конденсатора, является сердцем датчика.Приложенное давление изменяет резонансную частоту LC-контура, и сдвиг частоты обнаруживается внешним считывающим устройством, которое затем преобразует его в значения давления.

Mostafalu et al. [75] создали нити с разными свойствами, чтобы действовать как сенсоры, микрофлюидики и электроника. Гидрофобные нити использовались как микрофлюидные каналы, в то время как нити, пропитанные такими материалами, как углеродные нанотрубки, использовались в качестве электродов для измерения pH, глюкозы и так далее. Обычная электроника находилась в другом слое, и они устанавливали каналы связи и обрабатывали сигнал электродов.Тканевые устройства были успешно протестированы на определение pH и деформации in vivo. Это исследование может привести к созданию умных швов и повязок.

Примеры, приведенные выше, служат для демонстрации того, как технология производства позволяет устройствам становиться меньше, чем когда-либо, при сохранении достаточного количества функций для выполнения поставленных задач.

5.1. Биоразлагаемые и растягиваемые сенсоры

В последние несколько лет были предложены, изучены и утверждены новые материалы для имплантируемых сенсоров, а именно растягиваемые и биоразлагаемые материалы [76–80].Биоразлагаемые материалы позволяют использовать временные датчики, которые можно, например, имплантировать после операции для отслеживания заживления ран и активности бактерий, и по истечении заданного периода времени устройство начнет разлагаться внутри человеческого тела. Побочные продукты этого процесса будут естественным образом устранены организмом. Это снизит потребность в хирургических операциях по извлечению имплантата, а также все связанные с этим негативные аспекты, например дискомфорт пациента, риск заражения, расписание работы операционной и т. д.

Канг и др. [41] продемонстрировали датчик ICP на крысе, изготовленный из полимера (PLGA) и либо магниевой, либо силиконовой фольги. Непрерывный мониторинг ВЧД осуществлялся в течение 3 дней, после чего материалы, составляющие датчик, реабсорбировались организмом.

Луо и др. [81] изготовили датчик давления на основе переменного конденсатора и катушки. Авторы задокументировали биоразложение этого устройства. В течение первых 21 часа погружения в физиологический раствор резонансная частота датчика изменилась, как если бы он сам стабилизировался в системе.В последующие 86 часов резонансная частота оставалась постоянной, что свидетельствует о стабильности устройства и, таким образом, является оптимальным периодом работы датчика. После этого качество датчика начинает ухудшаться, пока он не станет непригодным для использования.

Временное устройство, способное управлять ростом бактерий в определенной области тела, возможно, в месте операции или имплантации, было предложено в работе. [80]. Используя магний для индукционной катушки, кремниевый резистор и шелковую оболочку, был изготовлен нагреватель. Внешнее радиочастотное поле будет приводить в действие резистор, который нагревается на 5 ° C и предотвращает размножение бактерий в этом месте.Долговечность устройства зависит от кристалличности шелка.

Также были созданы биоразлагаемые батареи (см. [78]). Они были способны питать светодиод и генератор беспроводного сигнала 58 МГц.

Наконец, растягиваемая электроника также становится реальностью [79]. Датчик, который можно сгибать и поворачивать без потери своих свойств, является важным этапом в имплантируемых устройствах, поскольку это значительно снижает дискомфорт пациента. Были продемонстрированы такие устройства, как электронные камеры для наблюдения за глазами и копланарные волноводы.

Развитие методов интеграции и материаловедения имеет первостепенное значение для области медицинских датчиков. Меньшие устройства с такими же мощными возможностями пользуются большим спросом, что позволяет создавать новые приложения и улучшать существующие. Сгибаемые и растягиваемые датчики могут быть положительным шагом в обеспечении комфорта пациента и надежности устройства, уменьшая негативную реакцию человеческого тела. Наконец, биоразлагаемые сенсоры обладают огромным потенциалом, так как их можно использовать для контроля параметра в течение ограниченного периода времени, после чего он просто поглощается человеческим телом без какого-либо вреда, что устраняет необходимость в хирургической операции.

6. Проблемы с сетью

Увеличение числа имплантируемых сенсорных решений для медицины приводит к необходимости совместной работы таких сенсоров для сбора и передачи результатов измерений биомедицинских параметров. Наиболее часто используемый метод связи для имплантатов основан на электромагнитном излучении. Из-за проводящей природы биологической ткани она сильно ослабляется, так как ткани поглощают энергию и рассеивают ее в виде тепла. Экспериментальные модели потерь на трассе представлены в работе. [82] для связи между телом и телом, между телом и телом и между телом и вне тела.36 и 2,5 ГГц. Эта работа является доказательством проблем, которые биологические ткани с потерями представляют для разработки сенсоров и сетей.

Сетевые решения имплантированных датчиков должны учитывать ограничения SAR и повышение температуры тканей, чтобы гарантировать безопасность пациента. Согласно исх. [83], высокое качество обслуживания (QoS), необходимое для биомедицинских систем, может быть достигнуто только в такой среде распространения, если методы повышения производительности, такие как адаптивное кодирование, модуляция и разнесение каналов, будут адаптированы с миниатюрной беспроводной электроники до имплантируемых датчиков. ,

В исх. [7] представлены три сетевых метода для датчиков на теле и в теле. Из них перспективным является использование накладных маяков. Маяки будут отвечать за пересылку данных между датчиками и их ретрансляцию на базовые станции, тем самым уменьшая рассеяние мощности внутри человеческого тела. Поскольку маяки могут быть больше имплантируемых датчиков, их также можно использовать в качестве источников питания или контроллеров для датчиков, поскольку их бюджет мощности может быть значительно выше. В исх.[84], авторы соглашаются с предыдущим утверждением, и они представляют исследование QoS и изменения энергопотребления узлов BAN с различным размещением маяков на теле.

BAN представляют собой еще одну проблему для инженеров. Поскольку человеческое тело представляет собой гибкую движущуюся среду, относительное положение узлов сети может часто меняться, что приводит к изменению затухания сигнала в каналах связи. Например, переносной узел ретрансляции на теле, такой как умные часы, все время меняет свое положение относительно датчиков в теле во время нормальной повседневной активности пользователя.Та же концепция применима к датчикам в теле, размещенным в движущихся органах и членах или даже в кровотоке. Рамачандран и др. [85] предложили протокол управления доступом к среде (MAC), основанный на деятельности человека, который они назвали HAMAC, который направлен на решение ранее упомянутых проблем путем настройки времени связи между узлами и от узлов к реле.

В 2012 году IEEE опубликовал стандарт IEEE 802.15.6. Он обращается к протоколу связи для BAN для медицинских приложений (см.[6]). Были найдены работы вокруг этого стандарта, например, найденная в работе. [86], цель которого — улучшить его, добавив модель сверхширокополосного канала.

Также были изучены альтернативы РЧ сетям. Santagati et al. [48, 87] предложили протокол MAC для связи в США, ультразвуковой широкополосный (UsWB). Он направлен на установление внутрикорпоративной связи между узлами BAN без ранее упомянутых помех радиочастотного излучения. Сообщается, что UsWB устойчив к многолучевому распространению, вызванному множеством и неоднородностью тканей в среде распространения, т.е.е. человеческое тело, что делает его жизнеспособной альтернативой радиочастотной связи.

6.1. Проблемы безопасности

Когда датчики передают данные друг другу или во внешний мир, в них содержится конфиденциальная медицинская информация. Кража таких данных третьими лицами представляет собой серьезную опасность и должна быть предотвращена. В случае датчиков или исполнительных механизмов в сети тела, которые получают инструкции от контроллера, возможность отправки злоумышленником команд на эти устройства должна быть полностью исключена, чтобы гарантировать безопасность пациента.Кроме того, злоумышленник не должен иметь возможность изменять содержимое данных, которыми обмениваются в сети, без того, чтобы получатель заметил изменение, тем самым гарантируя целостность связи.

Были предприняты шаги по защите и шифрованию передаваемых данных, о которых сообщается. В исх. [88] авторы предложили метод обмена секретными данными внутри сети с использованием ЭКГ в качестве ключа дешифрования. Только внешний считыватель с доступом к ЭКГ пациента в реальном времени сможет считывать данные, и, учитывая случайный характер волны ЭКГ, этот метод безопасности представляет большой потенциал.Тем не менее не следует забывать, что имплантируемые датчики имеют ограниченный бюджет мощности; следовательно, это шифрование должно быть легким. В исх. [89] те же авторы усовершенствовали этот метод, используя характерные параметры сигналов ЭКГ, пики P, Q, R, S и T, и генерировали случайные двоичные последовательности с временными интервалами между этими пиками. Сообщалось, что этот подход имеет низкую задержку и дает преимущества той же случайности сигналов ЭКГ, что и ранее описанный.

7.Подвижность узла

В последние годы были предложены методы движения для небольших имплантируемых устройств или роботов. Наличие датчиков, способных перемещаться в биологических жидкостях, представляет медицинский интерес, так как позволяет одному устройству выполнять измерения и диагностику в более широкой области, чем когда-либо прежде. Минимально инвазивная хирургия или адресная доставка лекарств также могут выполняться с помощью управляемых устройств.

В исх. [90] представлено беспроводное имплантируемое устройство размером 3 × 4 мм ² . Его метод движения основан на магнитогидродинамике (МГД).Для этого требуется постоянное магнитное поле около 0,1 Тл, чего можно добиться с помощью постоянного магнита. Устройство подает токи величиной в мА через проводящую жидкость среды, и в магнитном поле создается сила. Затем устройство испытывает равную и противоположную силу, которая толкает его. Питание обеспечивается системой WPT 1,86 ГГц, которая также передает команды движения, модулированные в несущей мощности. Устройство может управляемо перемещаться со скоростью 5,3 мм / сек в соленой воде.

Hsieh et al. [91] разработали дистанционно управляемое устройство с двигательным механизмом, основанным на давлении газа от электролитических пузырьков, образующихся в окружающей жидкости. Он может двигаться со скоростью 0,3 мм / с при потребляемой мощности около 200 мкВт. Электролизные электроды присутствуют повсюду вокруг устройства, поэтому можно определить, где будет происходить электролиз, и, следовательно, управлять устройством. Он питается от индуктивной связи с частотой 10 МГц, которая также передает команды для управления направлением и скоростью движения.Приемная катушка и электроды интегрированы в микросхему локомотива, общая площадь которой составляет 21,2 мм ² . Несмотря на меньшую скорость этого устройства, особенно по сравнению с тем, о котором сообщается в [5]. [90], этот подход не требует внешних компонентов, таких как постоянные магниты.

В этом разделе представлены движители для беспроводных устройств, работающих в жидкой среде. Сообщенные возможности WPT, связи и управления этими устройствами являются важной ступенькой к полностью автономным или дистанционно управляемым датчикам и исполнительным механизмам, объединяющим BAN, которые способны перемещаться, например, через кровоток, пищеварительный тракт или мочевой пузырь.Одновременно они будут проводить измерения, передавать их внешнему миру и выполнять микрохирургические операции или доставку лекарств в требуемые места.

8. Заключение

БАН, состоящие из имплантируемых датчиков, становятся все ближе и ближе к тому, чтобы стать обычным инструментом в области медицины. Это будет означать значительное улучшение медицинского обслуживания пациентов, поскольку тщательный мониторинг критических параметров может осуществляться постоянно и без ограничений. Несколько методов питания, которые позволяют этим устройствам быть как можно меньше и работать бесконечно, доступны и становятся все более зрелыми.То же самое относится и к методам связи, которые, как правило, потребляют меньше энергии, и сообщалось даже о полностью пассивных методах, которые можно использовать в ситуациях, когда требуются очень маленькие устройства. По-прежнему в теме коммуникации поднимались вопросы безопасности и сетевые трудности, и были представлены усилия по их смягчению. Были подробно описаны методы интеграции, которые позволяют изготавливать датчики из материалов, более удобных для хозяина, при этом биоразлагаемые и растяжимые материалы стали темой большого интереса в последние несколько лет.Наконец, были продемонстрированы механизмы мобильности, которые позволяют использовать управляемые исследовательские датчики, и они открывают путь для мониторинга больших площадей с помощью одного датчика, повышая их универсальность и возможности. В заключение следует отметить, что эволюция биомедицинских датчиков ведет к созданию полностью функциональных и специализированных БАН, которые в ближайшем будущем станут незаменимыми инструментами для мониторинга здоровья как в больничных условиях, так и в повседневной жизни пациентов.

Выражение признательности

Эта работа поддержана FCT эталонным проектом PTDC / EEI-TEL / 5250/2014, средствами FEDER через Projecto 3599 — Promover a Produção Científica e Desenvolvimento Tecnológico ea Constituição de Redes Temáticas (3599) грантом SFRH / BD / 116554/2016.