Tufts Üniversitesi araştırmacılarından olan Sameer Sonkusale ve ekibi, akıllı telefon teknolojisi ile kişiselleştirilmiş ilaçlar sağlayabilen bir akıllı bandaj (bant) tasarladılar. Bu akıllı bandaj, yara iyileşmesini işaret eden ince biyobelirteçleri (örneğin pH, dopamin, glikoz) tespit etmek için sensörler kullanır. Bir mikroişlemci, sensörler tarafından yakalanan verileri okur, bir mobil cihaz ile iletişim kurar ve uygun görüldüğü takdirde ilacı serbest bırakmak için bandajı yönlendirebilir.

Bant başlangıçta, diyabet hastaları gibi kronik yara hastaları düşünülerek tasarlandı. ABD’de sadece 30 milyon civarında insan diyabet hastası ve hastalık dünya genelinde artmaktatır. Hastalık, aynı zamanda gelişmekte olan ülkelerde de yaygın olarak görülüyor.

Diğer bir potansiyel uygulama da, savaşta ya da şarapnel ile yaralananların tedavisidir. Bu durumlarda, akıllı bandaj, yerel ortamın çok özel enfeksiyon risklerine göre uyarlanmış ilaç ve antibiyotikler sunmak üzere de programlanabilir.

Görsel 1: Deri üzerine yerleştirilen akıllı bandajın bir mikroişlemcisi ve akıllı iplikleri açıkca görülmektedir.

Temel olarak doğru ilacı ve doğru dozu doğru zamanda yaraya uygulanmasına izin veren akıllı tasarımı sayesinde çeşitli yaraların tedavi edilme potansiyelini arttırma eğilimdedir. Kişiye özel ilaçlar sunarak gerçekten de iyileşme sürecini  hızlandırabilen bir teknolojidir. Araştırmacılar, geleneksel kuru bandajlara kıyasla, bandajın akıllı versiyonları uygulanırken cilt dokusunun üç kat daha hızlı iyileştiğini keşfettiler – bu nedenle sadece hastalara yardım etmekle kalmayacak, aynı zamanda sağlık bakım maliyetlerini de düşürecek gibi görünüyor.

Geçen yıl, kesiklerin ve sıyrıkların daha hızlı iyileşmesine yardımcı olmak için bandajlar yengeçlerin kabukları ile beraber kullanıldığında yaraların kısa sürede kapanabildiği bildirilmişti.

Pansumandaki ana madde de kabuklu deniz canlılarında bulunan kitosan adı verilen bir mineraldir. İyileştirici özelliklerinin yanı sıra bakteri öldürme kabiliyeti ile bilinir ve Çin’de yüzyıllardır savaş yaralarını tedavi etmek için kullanılmıştır.

 

Smartphone ile Özelleştirilmiş Yara Tedavisi

Akıllı Bandaj “enfeksiyonla savaşan antibiyotikler, doku yenileyici büyüme faktörleri, ağrı kesiciler veya diğer ilaçlar ile ayrı ayrı yüklenebilen bir jelle kaplanmış elektriksel olarak iletken liflerden oluşur. Bir akıllı telefon veya başka bir kablosuz cihaz tarafından aktive edilebilir. Posta pulundan küçük bir mikrodenetleyici, seçilen bir elyaf üzerinden jele küçük miktarlarda voltaj gönderir. Bu voltaj elyafı ve hidrojelini ısıtır ve içerdiği kullanıma hazır maddeleri serbest bırakır. ”

Bu gelişme, yaraların daha hızlı ve etkili bir şekilde tedavi edilmesine yönelik umut verici bir adımdır, ancak piyasada bulunmadan önce daha fazla test yapılması gerekmektedir. Bu arada, daha etkin ilaç dağıtımı için glikoz ve pH seviyelerini ölçen sensörler gibi ek özellikler de araştırılmaktadır.

Sonkusale, “Diyabet ve şişmanlıktaki vakaların artması kronik yaraların salgını ile sonuçlandı” dedi. “Kronik yaralar, savaş ortamının dışındaki amputasyonların önde gelen nedenlerinden biri. Akıllı esnek biyoelektronik teknolojisinin bu yaraların sağlık sonuçlarını iyileştirme potansiyeline sahip olduğuna inanıyoruz. ” Prof Clement akıllı bandaj için şunları söyledi: Akıllı yara bandı, herhangi bir zamanda o yaranın durumunu algılamak için nano-teknoloji kullanır. Yarayı 5G altyapısına bağlar ve telefonunuzdaki altyapı ile sizinle ve yaranızla ilgili bilgiler toplar – nerede olursanız olun, her zaman aktif olursunuz.

“ Sonuç olarak tüm bu zekayı birleştirirseniz, klinisyen belirli bir zamanda belirli bir yaranın performansını bilir. Daha sonra tedavi protokolünü söz konusu kişiye ve yaraya göre uyarlayabilir.

 

Bandajı özel kılan şeyler nedir?

Sonkusale “Yeterli oksijen alıp almadığını hissedebiliyor. Anormal iyileşme belirtisi olan yara, doğru pH seviyesinde mi? Yaranın çevresindeki sıcaklık nedir? Herhangi bir iltihap var mı? Bu bilgilerin tümü, doktorun, iyileşmeyi hızlandırması için antibiyotik veya büyüme faktörü gibi ilaç salımını programladığı merkezi bir işlemciye iletilir. Bu kapalı döngü “duy ve sonra yanıt ver” bandajı muhtemelen türünün ilk örneği.” sözlerini kullandı.

Geçtiğimiz birkaç yıl boyunca, araştırmacılar enfeksiyonları tespit edebilen ve bir yaranın iyileşmesinin ne kadar iyi olduğunu takip edebilen çeşitli yeni nesil bandajlar sergilediler.

Bu fütüristik bantlar henüz piyasaya sürülmedi ve Sonkusale, halen çok fazla gelişmesi gerektiğini kabul ediyor. Ancak tamamlandığında, kronik yaralar içeren çok çeşitli kullanım durumları öngörüyor.

Sonkusale, “Yatak yaraları, yanıklar ve cerrahi yaralar için de bandaj uygulamaları mevcut.”

“Enfeksiyonlardan kaynaklanan komplikasyonları azaltabilir ve amputasyon sayısını azaltabilir. Bunların hepsi mümkün, çünkü bandajınız, yaralarınızın daha hızlı iyileşmesini sağlamak için doğru zamanda uygun bir şekilde müdahale eder. ” dedi.

Teknik Özellikler

Sonkusale bandajın teknik özelliklerinden ve amacından şöyle bahsediyor;

Amacımız; giyilebilir, implante edilebilir veya yenilebilir uygulamalar için esnek, konformal ve / veya gerilebilir yüzeylerde sensörler, aktüatörler, mikro akışkanlar, elektronikler ve güç kaynağı konusunda esnek bir biyoelektronik (BioFlex) araç takımı geliştirmek oldu. Bu amaçla şu soruya cevap aradık; akıllı tıbbi cihazları, tıbbi ihtiyaçlar için kullanılan pahalı cleanroom olanakları olmadan üretebilir miyiz?

Kağıt ve kumaş yüzeyler üzerinde birkaç yenilikçi BioFlex platformu geliştirdik.

Bol veya doğal olarak yenilenebilir, düşük maliyetli, biyouyumlu ve biyobozunur olduklarından kağıt veya kumaş tercih ediyoruz. Serigrafi veya inkjet baskı gibi cleanroom ortamlar için uygundurlar.

Kağıt tabanlı platformlar

Gelişmekte olan dünya için kağıt teşhisi konusundaki araştırma çabalarımızın bir parçası olarak, biyolojik sıvılarda biyobelirteçlerin (örneğin pH, dopamin, glikoz) ölçümü için çoklanmış elektrokimyasal algılama için bir tür 3D origami kağıt analitik cihazdan birini yaptık. Ayrıca, yüksek yüzey alanlı elektrotları gerçekleştirmek için kağıt substrat üzerinde nanotel büyümesini gösteren ilk kişi olduk.

Bu tür elektrotları, sindirilebilir elektronikler için mide asidini elektrolit olarak toplayan, kendi kendine çalışan türünün ilk kağıt pilini uygulama için kullandık.

Akıllı yara sargısı

Oksijenin tespiti için esnek yüzeylerde (kağıt, PET, polimid, parilen) elektrokimyasal sensörleri uygulamak için cleanroom’daki serbest işlemden yararlandık.

Yaradaki pH’ı ve iltihaplanmayı algılamanın yanı sıra, antibiyotiklerin ve büyüme faktörlerinin yaranın içine verilmesi için kablosuz elektronik doz kontrollü ilaç dağıtım platformu da uyguladık. Hem algılamayı hem de iletimi 3 mm kalınlığında küçük bir alt bandaj içine birleştirdik. Bu, kapalı döngü algısının ilk tanıtımıydı.

Akıllı iplikler

Son zamanlarda, akıllı tekstil iplikler kullanan BioFlex için yeni bir platform icat ettik; burada sensörler, elektronik parçalar, aktüatörler ve mikro akışkanlar, makaradan makaraya kaplama işlemi kullanılarak iplik bazlı alt tabakalara uygulanır. Akıllı iplikler, diğer esnek alt tabakalara kıyasla üstün form ve esneklik sağlar. Bu iplik tabanlı platformları akıllı bandajlar, akıllı cerrahi dikişler ve doz kontrollü ilaç uygulamalarında kullandık.

Görsel 2: Akıllı bandajın açıklayıcı görseli

Ayrıca, ter elektrolitlerini ter algılama yaması biçiminde izlemek için esnek iplik tabanlı platformlar geliştirdik. Gerinim algılama dişlerini kullanarak, insan-makine arayüz platformlarını da gösterdik.

Mikro İğneler: Stereoligrafi (SLA) 3D baskı ve lazer mikro işleme alanındaki gelişmeleri kullanarak, karmaşık 3D biyomedikal cihazları yapmak için cleanroom’suz, uygun maliyetli bir mikrofabrikasyon işlemi geliştirdik. Bu yaklaşım, sert ya da yumuşak, katı ya da içi boş, sert ya da esnek bir alt-tabaka üzerinde biyo-emilebilir mikro-kenar yapmamızı sağlar.

Ex vivo olarak ilaç teslimatı için ise bu mikronedeleri doğruladık.

Ayrıca, mide ve sindirim sistemi bozukluklarını hedef alan farklı uygulamalar için gömülü mikroakışkan kanalları, mikro pompaları, elektronik cihazları ve batarya ile sindirilebilir haplar üretiyoruz.

KAYNAKLAR:

https://www.digitaltrends.com/cool-tech/smart-bandage
http://www.nanolab.info/biomedical-devices.html
https://reset.org/node/29140
https://www.stylus.com/htknpr