新的研究引入了自供电的智能植入物来监测脊柱融合愈合
脊柱融合——将两根椎骨融合在一起——可以治疗多种脊柱疾病。通常，外科医生会用一个笼子来支撑椎间盘曾经在椎骨之间的位置。但如果这些笼子能以多种方式支持脊柱的愈合呢?
匹兹堡大学斯旺森工程学院的研究人员正在创建针对患者的3d打印智能超材料植入物，它可以作为监测脊柱愈合的传感器。一篇详细介绍他们工作的论文最近发表在《先进功能材料》杂志上。
土木工程学院助理教授Amir Alavi说:“智能植入物可以提供实时生物反馈，并提供许多治疗和诊断方面的好处。环境工程他的iSMaRT实验室领导了这项研究。“但将庞大的电路或电源集成到小面积的植入物中是非常具有挑战性的。解决方案是使用植入体基质作为主动传感和能量收集介质。这是我们一直关注的问题。”
智能结构监测和响应测试(iSMaRT)实验室开发了一种新型的多功能机械超材料，它可以作为自己的传感器，记录和传递有关其结构上的压力和应力的重要信息。这种所谓的“元摩擦材料”，又称自感知超材料，可以自己发电，可用于广泛的传感和监测应用。
该材料的设计是这样的，在压力下，接触电发生在其导电和介电微层之间，创造一个电荷它传递关于材料矩阵状态的信息。此外，它自然继承了标准超材料优异的机械可调性。使用内置的摩擦电纳米发电机机制产生的电力不需要单独的电源，和一个微型芯片记录关于保持架压力的数据，这是愈合的一个重要指标。然后可以使用便携式超声扫描仪无创地读取数据。
这种笼子不仅具有独特的传感能力，而且由高度可调的材料制成，可以根据患者的需要进行定制。
“脊柱融合笼被广泛应用于脊柱融合术但它们通常由钛或PEEK聚合物材料(一种半结晶、高性能工程热塑性塑料)制成，具有一定的机械性能，”Alavi解释说。“我们的超材料体间笼的刚度可以很容易地调节。这种植入物可以在手术前根据患者的具体解剖结构进行3d打印，使其更加自然。”
该团队已经成功地在人体尸体上测试了该设备，并打算下一步在动物模型上进行试验。由于材料本身具有不可思议的可调和可扩展性，智能传感器设计可以适用于许多其他产品医学应用在未来，就像心血管支架或膝关节或髋关节置换的组件。
“这是第一次植入物利用纳米发电机和超材料的进步，在医疗植入物的结构中构建多功能，”Alavi说。“这科技进步将在未来的植入式设备中发挥重要作用。”
这篇论文，“患者特异性自供电超材料植入检测骨愈合进展”，发表于先进功能材料．
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