Onderzoekers van Caltech hebben een implanteerbare druksensor ontwikkeld die jarenlang in het menselijk oog kan blijven zitten en tegelijkertijd draadloos gegevens over de gezondheid van het oog naar de patiënt of medische professionals kan sturen. Het implantaat kan het gemakkelijker maken om een ​​van de belangrijkste oorzaken van blindheid te voorkomen.

"Door nieuwe verpakkings- en micro-elektronische technologieën samen te brengen, en in nauwe samenwerking met oogartsen, konden we een geminiaturiseerde, volledig draadloos, en zeer gevoelige sensor, " zegt Azita Emami, Caltech's Andrew en Peggy Cherng hoogleraar elektrotechniek en medische techniek en een onderzoeker van het Heritage Medical Research Institute, en papier co-auteur.

De sensor is ontworpen voor het bewaken van de ogen van patiënten met glaucoom, een ziekte die geleidelijk verlies van gezichtsvermogen veroorzaakt, meestal als gevolg van een te hoge druk in het oog. Glaucoom is de tweede meest voorkomende oorzaak van blindheid na staar, wereldwijd 65 miljoen mensen treft.

Patiënten met een risico op glaucoom moeten regelmatig een oogarts bezoeken om hun intraoculaire druk (oogdruk) te laten controleren, meestal met een apparaat dat een tonometer wordt genoemd. Een tonometer drukt een klein prisma tegen het oppervlak van het oog en bepaalt de druk binnenin door te meten hoeveel het oppervlak doorbuigt, een beetje zoals iemand die met zijn vingers in een basketbal knijpt om te zien of hij voldoende is opgeblazen.

Tonometers worden beschouwd als de gouden standaard voor het meten van oogdruk, maar ze hebben het nadeel dat ze alleen de druk kunnen meten terwijl de patiënt op bezoek is bij de dokter. Dat is een probleem omdat de oogdruk gedurende de dag fluctueert, en als er soms drukpieken optreden buiten wanneer een patiënt een controle heeft, hun arts zal niet weten dat ze zich voordoen. De procedure vereist ook het gebruik van lokale anesthesie.

Aubrey Shapero en Abhinav Agarwal (MS '14) - afgestudeerde studenten van Caltech Engineering en Applied Science die werken in de laboratoria van Yu-Chong Tai, de Anna L. Rosen hoogleraar Elektrotechniek en Medische Technologie, en Emami - hebben een apparaat gemaakt dat de oogdruk continu kan controleren.

"Met ons draadloze geïmplanteerde apparaat, een patiënt kan op elk moment hun oogdruk aflezen, zo vaak als ze willen, " zegt Agarwal, co-auteur van het artikel waarin hun implantaat wordt beschreven. "Het vroegtijdig opvangen van verhoogde oogdruk zou de arts in staat stellen de therapie indien nodig aan te passen om verder verlies van het gezichtsvermogen te voorkomen."

Het apparaat is iets kleiner dan een dubbeltje en wordt geïmplanteerd op een plek in het wit van het oog waar het het zicht niet verstoort. Het bestaat uit een druksensor, controle circuits, en een antenne. Het implantaat heeft geen batterij, waardoor het klein en duurzaam is. Tijdens een lezing, radiogolven van een handscanner worden door de antenne ontvangen en genereren een kleine spanning die het apparaat tijdelijk van stroom voorziet, die vervolgens een drukmeting uitvoert en het signaal terugstuurt naar de lezer met dezelfde antenne.

Een grote vooruitgang met het apparaat is de functionele levensduur - tot vier jaar volgens prognoses op basis van versnelde laboratoriumtests. Andere pogingen om soortgelijke apparaten te bouwen zijn gedwarsboomd door de barre omgeving in het menselijk lichaam. Tussen vloeistoffen die elektronica aantasten en sensoren die vervuild raken door weefselgroei, andere apparaten die eerder zowel bij Caltech als elders zijn ontwikkeld, functioneerden maximaal een maand voordat ze moesten worden verwijderd.

Het Caltech-team loste dat probleem op door hun apparaat in te kapselen in een gespecialiseerde coating die bestaat uit een siliconenoliebel omringd door een biocompatibel polymeer dat paryleen wordt genoemd.

"De inkapselingstechniek, die we 'paryleen-op-olie' noemen, ' is onze belangrijkste doorbraak, "zegt Shapero. "De combinatie van vloeibare siliconenolie en paryleen geeft een veel grotere stabiliteit bij het aflezen van de druk en bescherming tegen corrosie dan alleen siliconengel of paryleen alleen.

Het apparaat kan ook worden aangepast om behandeling te bieden door een klep toe te voegen die kleine hoeveelheden vloeistof als tranen zou afgeven, wanneer de druk te hoog wordt, zegt Shapero.

"We zouden een 'slim' glaucoomdrainageapparaat creëren waarin een enkel implantaat de oogdruk zou kunnen meten en overmatige druk zou kunnen verlichten, "zegt hij. "Op de lange termijn, we willen een gesloten systeem bouwen, die de stroom door de klep automatisch zou kunnen aanpassen, afhankelijk van de drukaflezing."

De onderzoekers hopen het apparaat verder te ontwikkelen en kunnen het de komende jaren gaan testen bij patiënten.

"We bereiden ons voor op verdere tests met onze medewerkers aan de Keck School of Medicine van USC, en we streven ernaar om uiteindelijk klinische proeven bij mensen en FDA-goedkeuring te krijgen voor gebruik bij patiënten, ' zegt Agarwal.

De krant, getiteld, "Een draadloze, Lage drift, Implanteerbare intraoculaire druksensor met inkapseling van parylene-op-olie, " werd in april gepresenteerd op de IEEE Custom Integrated Circuits Conference (CICC) in San Diego. Het is gepubliceerd in de IEEE Xplore databank.