Вековая история бионических устройств
Подобные устройства используют электрические сигналы для считывания нервных импульсов или стимуляции оставшихся нервных клеток после болезни / травмы. Примером в первом случае выступают бионические протезы конечностей.Активно стимулируемые нервные проводники, используемые для восстановления повреждений нервов, и электроды, применяемые для заживления ран через стимулирование тканей, также могут считаться бионическими устройствами.
Хотя термин «бионический» появился только в конце 1950-х, самыми ранними бионическими устройствами были кардиостимуляторы, разработанные в начале 1900-х. Первые коммерческие имплантируемые устройства появились полвека спустя.
Современные бионические устройства благодаря миниатюризации электроники продолжают активно совершенствоваться, помогая врачам предлагать пациентам имплантаты с расширенной функциональностью.
Тем не менее, некоторые проблемы остаются нерешенными. Например, из-за отсутствия эффективных отраслевых стандартов некоторые бионические устройства чересчур быстро утрачивают эффективность под воздействием влаги.
Проект австралийских инженеров
Поспособствовать скорейшему исправлению ситуации призван проект австралийских инженеров. Специалисты в области прикладной физики из Сиднейского университета предложили новый стандарт для оценки вероятности попадания влаги в различные бионические устройства, включая кардиостимуляторы, кохлеарные слуховые имплантаты и заменители сетчатки.Инженеры, получившие финансирование через Австралийский исследовательский совет, отмечают, что новый стандарт на тему оценки влажности способен предоставить владельцам бионических имплантатов дополнительную уверенность в надежности подобных устройств, зачастую меняющих жизнь пациентов к лучшему.
Дополнительно отмечается, что высокоэффективные процедуры оценки влажности способны использоваться в развивающейся отрасли возобновляемых источников энергии. В частности, эффективные стандарты, посвященные контролю влажности, требуются при изготовлении солнечных батарей нового поколения.
Суть нового проекта по стандартизации
Бионические имплантаты должны успешно функционировать во влажной среде, которой является человеческое тело. Если крупные утечки жидкости, ведущие к попаданию влаги в бионические устройства, легко обнаруживаются на этапах проектирования и производства, то небольшие утечки обнаружить сложнее. Для обеспечения безопасности и предотвращения отказов, вызванных влажностью, требуется эффективное тестирование, регламентируемое стандартами.Как отмечают специалисты Сиднейского университета, существуют коммерчески доступные системы для измерения относительной влажности, но они недостаточно чувствительны для оценки герметичности имплантируемых биомедицинских устройств.
Использование технологии масс-спектроскопии для измерения гелия в качестве косвенного показателя утечки влаги является де-факто отраслевым стандартом для обнаружения критически малых утечек. Но на практике и в большинстве случаев тестирование бионических устройств гелием не является рациональным подходом: из-за разности свойств гелия и воды данный подход малополезен.
До недавнего времени измерение утечек газообразной или жидкой воды с достижением аналогичной чувствительности (относительно гелиевых тестов) являлось слишком сложным. Австралийские специалисты из Сиднейского университета при поддержке Национального института измерений при правительстве Австралии исправили ситуацию, упростили процедуру и повысили точность, создавая предпосылки для дополнительного повышения безопасности биомедицинских имплантатов.
Разработанный ими тест на утечку может использоваться для проверки качества герметизации медицинских устройств и оценки вероятности протечек воды напрямую – без использования альтернативных рабочих тел вроде гелия. Данный результат крайне важен.
Важный технологический прорыв
Вода обладает особыми свойствами, наделяющими данную жидкость способностью проникать через очень маленькие отверстия. Например, недавно было обнаружено, что вода странным образом ведет себя в углеродных нанотрубках. Жидкость перемещается внутри крошечных каналов, не касаясь стенок. Причем данные каналы не намного шире, чем миллионная часть человеческого волоса.Любая подобная «нано-утечка» способна стать причиной действительно серьезных последствий, если она произойдет в медицинском устройстве, – особенно в устройстве с большим количеством сквозных каналов и отверстий. Примером подобного продукта выступает бионический глаз.
Свежий стандарт, описывающий данную технологию оценки вероятности утечки влаги, откроет новые горизонты в области изучения поведения воды, обеспечивая возможности для эффективного применения в соответствующей сфере медицины инновационных стабильных полимерных материалов.
