科学家提出植入式医疗电子在体3D打印成型技术

2013-12-17 12:50:55来源: 中国科学院
    近日,由刘静研究员领导的中科院理化技术研究所、清华大学联合小组报道了一种基于液态金属的可植入式生物医学电子器件体内3D打印成型技术。研究文章发表在Nature出版集团系列期刊《科学报告》上。
  在此项研究中,科研人员首次提出了一种以微创方式直接在生物体内目标组织处喷墨注射成型的医疗电子器件在体制造方法,首先将生物相容的封装材料注射于体内固化形成特定结构,在此区域内进一步将导电性金属墨水、绝缘型墨水乃至配套的微/纳尺度器件等顺次注射后形成目标电子装置,通过控制微注射器的进针方向、注射部位、注射量、针头移位及速度这样的3D打印步骤,可在目标组织处按预定形状及功能构建出终端器械。由于全部器件及单元均采用基于微针的液相注射方式实现,因而整个手术过程达到了高度的微创性。若进一步采用手术机器人后,还可将此步骤大大简化并提升自动化程度。新方法为生物医用柔性电子植入技术开辟了一条全新途径。

  临床上,常用的植入式医疗器械,如脑起搏器、心脏起搏器、神经刺激器等,为广大脑中风、心血管疾病与糖尿病患者的生理功能保障提供了不可或缺的支撑,但其缺点也十分明显。比如,此类设备植入过程手术繁琐、创伤大,患者常常要接受开颅、开胸手术、设备植入、伤口缝合等一系列复杂程序。一方面会给患者造成身心痛苦,创口过大还易引起手术并发症及感染风险,同时手术与设备运行支持等无形中也给患者带来经济压力;此外,传统的刚性设备植入体内后会带给应用对象不适感。因此,实现一种方便快捷的体内柔性电子装置直接打印制造方法,将在缓解患者负担的同时也有助于推进灵巧型植入式医疗电子技术的进步。

  刘静小组10余年来一直致力于推进室温液态金属这一崭新功能材料在电子信息、能源和医疗健康技术等领域的应用,取得一批开拓性成果。2013年,该小组连续发表了系列产生较大影响的重要论文,并被国际知名科学媒体MIT Technology Review, Nature Asia, Chemistry World, National Geographic News等专题报道。中科院副院长阴和俊、北京市科协主席顾秉林、国家自然科学基金委主任杨卫院士等曾先后专程到实验室进行调研。此医疗电子生物体内3D打印成型技术正是实验室基于长期积累并结合临床医学中的重大需求提出的突破性方案,刷新了人们对体内电子应用以及常规3D打印技术的认识,所形成的柔性器件以其较高的顺应性、适形化,以及低创性与低成本特性展示了良好的应用前景,在植入式生物医用电子技术领域有重要意义。(理化技术研究所)


  可注射式医疗器械体内3D打印成型技术及所实现的空间电极(如左上图显示,即使一个简单的电极植入,传统上也往往需要借助复杂的手术过程实现)

封装于固化成型的透明介质中的液态金属电极及其性能试验 

 


借助于注入体内的液态金属电极实现小鼠ECG信号高信噪比测量及电学刺激 


 


基于注射的液态金属电极对牛蛙腿中坐骨神经进行刺激 

关键字:科学家  植入式医疗电子  3D打印

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2013/1217/article_28837.html
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