Sensori di metamateriali monitorano guarigione della colonna vertebrale dopo fusione spinale

Credito: S K Chavan, Shutterstock, ID: 1729364893

Impianti di metamateriali “intelligenti” che possono funzionare anche come sensori per controllare la guarigione della colonna vertebrale dopo le operazioni per la fusione spinale sono stati realizzati da un team di ricercatori dell’Università di Pittsburgh.[1] Lo studio è stato pubblicato su Advanced Functional Materials.[2]

Soluzione è utilizzare la matrice dell’impianto come mezzo di rilevamento attivo e raccolta di energia

Amir Alavi, un assistente professore di ingegneria civile ed ambientale che ha guidato il team di studio, spiega che di solito è difficile creare sensori per monitorare in tempo reale la salute quando si innesta un impianto nel corpo in quanto i circuiti che devono essere integrati spesso sono ingombranti o comunque lo sono le relative fonti di alimentazione. “La soluzione è utilizzare la matrice dell’impianto come mezzo di rilevamento attivo e raccolta di energia. Questo è ciò su cui ci siamo concentrati”, spiega il ricercatore.

Nuova classe di metamateriali che possono agire come sensori

I ricercatori hanno sviluppato una nuova classe di metamateriali che possono agire come sensori. In sostanza possono ricevere e trasmettere informazioni come la pressione oppure la sollecitazione sulla struttura dello stesso sensore. Nel comunicato si parla dei cosiddetti “meta-tribomateriali”, a volte chiamati anche “metamateriali autoconsapevoli”. Sono materiali che si autoalimentano e che vengono sempre più utilizzati per il rilevamento dei dati o per il monitoraggio.

L’alimentazione avviene tramite un nanogeneratore triboelettrico

Quando sotto pressione, il materiale creato dai ricercatori crea una carica elettrica trasmettendo delle informazioni relative alle condizioni della matrice del materiale stesso. L’alimentazione avviene tramite un nanogeneratore triboelettrico e cade anche il bisogno di una fonte di alimentazione come una batteria.

I dati vengono registrati in un chip

I dati vengono registrati in un chip. In questo caso i dati sono rappresentati dalla pressione sulla gabbia del sensore, dati importanti perché indicano, nel trattamento della fusione spinale, il livello di guarigione. Gli stessi dati possono essere acquisiti in maniera non invasiva tramite uno scanner adulteratori portatile.

Fusione spinale

La fusione spinale, una collisione che vede la fusione di due vertebre insieme, può essere trattata chirurgicamente con delle “gabbie” che si inseriscono nel punto in cui si trovava il disco tra le vertebre. La nuova gabbia-sensore in un certo senso oltre a supportare la guarigione fornisce anche dei dati sul processo della guarigione stessa. “Questo è un impianto unico nel suo genere che sfrutta i progressi nei nanogeneratori e nei metamateriali per creare multifunzionalità nel tessuto degli impianti medici”, spiega ancora Alavi.[1]

Note e approfondimenti

  1. Smart Implants to Monitor Healing
  2. Patient‐Specific Self‐Powered Metamaterial Implants for Detecting Bone Healing Progress – Barri – – Advanced Functional Materials – Wiley Online Library (DOI: 10.1002/adfm.202203533)

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