I cateteri sono di fondamentale importanza per la chirurgia mininvasiva. Consentono interventi come la rimozione di coaguli di sangue, l'inserimento di impianti o la somministrazione mirata di farmaci e sono concepiti per essere particolarmente delicati per i pazienti. In generale, meno invasiva è la procedura del catetere, minore è il rischio di complicanze mediche e minore è il tempo di recupero.

Tuttavia, ci sono dei limiti. Ad esempio, sensori e attuatori sviluppati in precedenza erano ancora integrati manualmente nei cateteri elettronici. Inoltre, il controllo e il posizionamento dei cateteri nel corpo sono limitati, perché i minuscoli strumenti devono essere manovrati esternamente dal chirurgo in un ambiente complesso o posizionati con l'assistenza robotica. Ciò ha svantaggi significativi per la miniaturizzazione e l'uso di strutture flessibili che devono adattarsi al corpo per un uso particolarmente delicato in chirurgia. È stato anche difficile integrare sensori e funzioni aggiuntivi nei microcateteri, il che ne ostacola le potenziali applicazioni.

Sotto la supervisione del Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, capo della cattedra di Sistemi di materiali per la nanoelettronica, designato Direttore Scientifico del Center for Materials, Architectures and Integration of Nanomembranes (MAIN) presso la Chemnitz University of Technology ed ex Direttore presso il Il Leibniz Institute for Solid State and Materials Research (IFW Dresden), gli scienziati dell'IFW Dresden in collaborazione con il Max Planck Institute for Molecular Cell Biology and Genetics (CBG) hanno ora presentato il microcatetere microelettronico flessibile più piccolo al mondo.

Funzioni intelligenti sottili come un capello:nuovo tipo di strumento biomedico

In questo strumento microelettronico intelligente per la chirurgia mininvasiva, i componenti elettronici per sensori e attuatori sono già integrati nella parete del catetere sin dall'inizio. "Grazie allo speciale metodo di produzione, i componenti elettronici incorporati non hanno alcun effetto sulle dimensioni dei nostri cateteri, che possono quindi essere sottili come un capello", afferma Boris Rivkin, autore principale dello studio, che sta per conseguire il dottorato alla Chemnitz University of Technology e la sua tesi alla Leibniz IFW di Dresda. Gli strumenti hanno un diametro minuscolo di soli 0,1 mm e sono inoltre caratterizzati dalla loro flessibilità, resilienza ed elevata biocompatibilità. "L'utilizzo delle tecnologie dei microchip per la produzione dei microcateteri ci consente di generare tipi completamente nuovi di strumenti biomedici e multifunzionali", aggiunge il prof. Schmidt. Tali strumenti intelligenti potrebbero essere utilizzati, ad esempio, nei trattamenti minimamente invasivi di aneurismi, malformazioni vascolari o chirurgia del pancreas.

Il team di ricerca riferisce sul catetere microelettronico più piccolo del mondo in una pubblicazione intitolata "Microcateteri integrati elettronici basati su film polimerici autoassemblanti" nell'attuale numero della rivista Science Advances .

Flessibile e attrezzato per diverse applicazioni:nuove applicazioni per la chirurgia mininvasiva

Il Prof. Schmidt e il suo team hanno integrato nel microcatetere sensori magnetici per la navigazione e il posizionamento. Come una bussola, questo tracciamento si basa su deboli campi magnetici invece di radiazioni dannose o agenti di contrasto, e sarebbe quindi applicabile nei tessuti profondi e sotto materiali densi come le ossa del cranio.

Il microcatetere microelettronico integra un canale per i fluidi. Attraverso questo sistema microfluidico i farmaci o gli agenti embolici liquidi possono essere consegnati direttamente al punto di utilizzo. La punta del catetere è dotata di un minuscolo strumento di presa che consente al catetere di afferrare e spostare oggetti microscopici. La rimozione di piccoli campioni di tessuto o coaguli di sangue sono suggerite come potenziali applicazioni. Questo uso altamente flessibile della microelettronica embedded è reso possibile da componenti elettronici integrati basati sulla tecnologia Swiss-Roll Origami. Con questa tecnologia il team può costruire sensori microelettronici altamente complessi e circuiti attuatori su un chip, che vengono quindi attivati ​​per arrotolarsi da soli in una struttura di microtubi Swiss-Roll. I molteplici avvolgimenti dell'architettura Swiss-Roll aumentano notevolmente la superficie utilizzabile e integrano in modo monolitico sensori, attuatori e microelettronica nella parete compatta del microcatetere tubolare.

Il Prof. Schmidt e il suo team hanno sperimentato questa tecnologia per un po' di tempo. Pellicole polimeriche estremamente sottili e modellabili si sono rivelate utili per un'architettura di microtubi che può adattarsi geometricamente ad altri oggetti, ad esempio protesi di cuffia come interfacce bioneurali. Un altro scenario applicativo preso di mira da questa tecnologia sono i micromotori catalitici e le piattaforme per componenti elettronici per creare robot per il nuoto microelettronici.

Il microcatetere microelettronico colma il divario tra gli strumenti potenziati elettronicamente ei requisiti dimensionali degli interventi vascolari nelle anatomie submillimetriche. In futuro, è possibile integrare ulteriori funzioni del sensore, ampliando la gamma di potenziali applicazioni. Ad esempio, sono concepibili sensori per l'analisi dei gas nel sangue, il rilevamento di biomolecole e il rilevamento di parametri fisiologici come pH, temperatura e pressione sanguigna. Applicazioni completamente nuove e flessibili per la chirurgia mininvasiva stanno entrando nel regno delle possibilità. + Esplora ulteriormente

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