L’Alba di una Nuova Era negli Impianti Medici
L’intersezione tra scienza e medicina ha aperto la strada a notevoli innovazioni, migliorando significativamente la cura dei pazienti e la qualità della vita. Un esempio preminente di questa sinergia è lo sviluppo di dispositivi elettronici progettati per l’impianto in aree cruciali come il cuore e il cervello. Questi dispositivi sono fondamentali per monitorare e regolare i segnali fisiologici in tempo reale, offrendo soluzioni rivoluzionarie per condizioni complesse come il morbo di Parkinson. Tuttavia, il percorso verso il loro uso semi-permanente dopo l’impianto è stato ostacolato da sfide tecniche.
In un progresso significativo, un team di ricerca guidato dal Professor Sung-Min Park dei Dipartimenti di Ingegneria IT Convergente, Ingegneria Meccanica, Ingegneria Elettrica e della Scuola di Bioscienze e Bioingegneria Interdisciplinare della POSTECH, insieme a Jiho Lee, studente MS/PhD, Professor Sang-Woo Kim dell’Università Yonsei, e il Dottor Young-Jun Kim e lo studente MS/PhD Joon-Ha Hwang dell’Università Sungkyunkwan, ha raggiunto una svolta pionieristica in questo campo.
Il loro lavoro innovativo comprende lo sviluppo di materiali elettrostatici capaci di funzionare anche con onde ultrasoniche estremamente deboli. Questa innovazione segna l’inizio di una nuova era per i dispositivi elettronici impiantabili permanenti in biomedicina, come riportato nella prestigiosa rivista accademica internazionale Advanced Materials.
Superare le Sfide Tecniche per Soluzioni Sostenibili
I pazienti con dispositivi impiantati tradizionalmente affrontano la prospettiva di sottoporsi periodicamente a interventi chirurgici per la sostituzione delle batterie. Questo processo non solo comporta un notevole rischio di complicazioni, ma impone anche oneri economici e fisici significativi ai pazienti. L’attuale ricerca si è orientata verso dispositivi medici impiantabili operanti senza fili. Tuttavia, la ricerca di una fonte di energia sicura e di materiali protettivi robusti è stata una sfida.
Tradizionalmente, si utilizza il titanio (Ti) per la sua biocompatibilità e durata. Tuttavia, la sua incapacità di permettere la penetrazione delle onde radio richiede un’antenna aggiuntiva per la trasmissione di energia senza fili, aumentando così la dimensione del dispositivo e il disagio per i pazienti. Il team di ricerca ha affrontato questo dilemma optando per gli ultrasuoni – un metodo con una comprovata sicurezza in varie applicazioni mediche – invece delle onde radio.
Il team ha innovativamente utilizzato una composizione di polimeri ad alta costante dielettrica (P(VDF-TrFE)) e titanato di calcio e rame (CCTO, CaCu3Ti4O12) per sviluppare un materiale elettrostatico sensibile agli ultrasuoni deboli. Questo materiale non solo genera elettricità statica attraverso l’attrito tra i suoi strati, ma possiede anche un’impedenza di uscita estremamente bassa, migliorando l’efficienza della trasmissione elettrica.
Utilizzando questa tecnologia, il team ha creato con successo uno stimolatore neurologico impiantabile alimentato da trasmissione energetica a base di ultrasuoni, eliminando la necessità delle batterie. Questo risultato è stato confermato attraverso una validazione sperimentale rigorosa. In prove su modelli animali, il dispositivo ha funzionato efficacemente ai livelli standard di ultrasuoni per l’imaging (500 mW/cm2), assicurando un impatto minimo sul corpo umano.
In sintesi, questa svolta tecnologica non solo rappresenta un approccio più sostenibile e meno invasivo agli impianti medici, ma è anche una testimonianza del potenziale trasformativo dell’integrazione tra scienza e medicina. Mentre il team del Professor Sung-Min Park continua a spingere i limiti, il futuro della tecnologia medica appare più luminoso e promettente per i pazienti di tutto il mondo.