Sam Sia, professeur de génie biomédical, et Ken Shepard, professeur de la famille Lau 0f Génie électrique et professeur de génie biomédical, ont remporté une subvention de 16,4 millions de dollars sur quatre ans de la DARPA pour leur proposition, « Traitement et récupération augmentés par l'électrique et les ultrasons? Actionnement et détection. «
Grâce à ce financement, les chercheurs de Columbia Engineering développent un bandage «actif» avec des composants implantés actifs qui, guidés par un cadre d'apprentissage automatique pour surveiller et moduler la progression de la cicatrisation, accéléreront la guérison de la plaie. Le dispositif de patch proposé, de plusieurs centimètres de long et de large, permettra une détection active du processus de cicatrisation des plaies grâce à une large gamme de capteurs intégrés dans les pansements pour divers indicateurs physiques et chimiques, y compris le pH, la température, le niveau d'oxygène, l'humidité, la mécanique et signaux électriques.
Bien que les bandages et pansements pour plaies soient l'un des outils cliniques les plus courants pour le soin des plaies aiguës et chroniques, la plupart sont passifs et ne peuvent pas réagir activement aux variations de l'environnement de la plaie. La détection active du processus de cicatrisation des plaies constituerait une avancée majeure pour les cliniciens et les patients. «
Ken Shepard, professeur de la famille Lau 0f Génie électrique et professeur de génie biomédical
Le dispositif de cicatrisation se compose de cinq composants:
- un dispositif de patch actif qui agit comme un imageur à ultrasons, un actionneur à ultrasons focalisé, et un capteur et un stimulateur;
- des « motes » injectables inférieures à 500 µm (très petits circuits intégrés) alimentés par le patch et apparaissant dans l'image ultrasonore, permettant de détecter des biomarqueurs plus profondément dans la plaie;
- des billes d'hydrogel injectables qui permettent l'administration de médicaments;
- des échafaudages implantables actifs qui détectent la plaie et administrent les médicaments; et
- un cadre d'apprentissage automatique qui communique sans fil avec le dispositif de patch et qui ferme la boucle, connectant la reconnaissance d'imagerie, la détection de surface et l'interrogation de mot pour conduire les décisions d'actionnement.
Le dispositif de patch actif contiendra un réseau 2D à la fois de transducteurs piézoélectriques et d'électrodes, en contact à la fois acoustique et électrique avec la plaie à l'intérieur du bandage. Les chercheurs conçoivent le dispositif sur une carte de circuit imprimé flexible en polyimide incorporant des circuits intégrés (IC) spécifiques à l'application complémentaire oxyde métallique-semi-conducteur personnalisés montés sur le même patch pour le contrôle. Ils amincissent les puces IC pour être suffisamment flexibles pour se conformer au patch. La carte de circuit imprimé flexible se connecte à un petit boîtier de commande portable, contenant des piles et une interface sans fil Bluetooth.
«Chaque signal physique et chimique des capteurs peut fournir une mine d'informations sur l'état des processus de cicatrisation des plaies», déclare Sia, chercheuse en chef de ce projet multi-institutionnel et leader des tests sanguins au point de service, des capteurs portables, et dispositifs implantables. « Puisque chaque plaie est différente, la détection continue permet de surveiller le processus de guérison en temps réel et prépare le terrain pour des interventions individualisées en temps opportun pour accélérer la guérison. »
En plus de développer des capacités de détection innovantes, les chercheurs intègrent des fonctions d'actionnement précises, telles que l'administration de médicaments en réponse à des environnements de plaie, dans les pansements.
Sia et Shepard travaillent sur le projet avec des collègues de Columbia Engineering (Helen Lu et Clark Hung) et de Columbia University Irving Medical Center (Sergei Rudchenko), MIT (Xuanhe Zhao et Ed Boyden), Harvard Medical School / Beth Israel Deaconess Medical Center ( Aris Veves), l'Université George Mason (Parag Chitnis), l'Université Northwestern (John Rogers), IBM et l'Université de l'Utah.
La source:
École d'ingénierie et de sciences appliquées de l'Université Columbia
