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Las tecnologías médicas implantables presentan una serie de desafíos únicos para los diseñadores de dispositivos. Resolver estos desafíos requiere soluciones únicas. Aquí hay una instantánea de algunos de los desarrollos más recientes en el espacio de tecnología implantable.

Desde tiempos inmemoriales, las personas se han decorado con tatuajes y muchos tipos de piercings, como aretes y pendientes. Pero esos eran externos, simplemente incidiendo en la piel. Pero ahora, vamos por debajo de la piel a nuestros recintos más internos, y comienza la fusión del hombre y la máquina.

Entonces, ¿estamos en camino de convertirnos en cyborgs? Tal vez no, pero la tecnología implantable se está volviendo más común, especialmente recientemente, ya que los implantables encuentran un uso cada vez mayor en aplicaciones no médicas.

A continuación, se presentan algunos desarrollos, tendencias y productos interesantes en el espacio de la tecnología implantable.

Una batería que funciona con glucosa

Ya sea que estén bombeando sangre o simplemente recolectando datos, los dispositivos implantables necesitan energía para funcionar. El uso de baterías es problemático porque, cuando necesitan ser reemplazadas, se requiere una cirugía menor, o algunas veces no tan pequeña. Las baterías de iones de litio siguen siendo la fuente de energía de elección para dispositivos como los implantes cocleares y los marcapasos. En este sentido, la carga inalámbrica ha demostrado ser una gran ayuda, ya que dispositivos como el Optimizer Smart pueden recargar las baterías mientras aún están implantadas.

Sin embargo, otra solución posible es una celda de combustible que funcione con glucosa, el combustible propio del cuerpo, que siempre está presente en abundancia en el torrente sanguíneo.

Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia y de la Universidad de Corea han empleado nanopartículas de oro ensambladas sobre el algodón para construir un electrodo mejorado para celdas de combustible.

Este desarrollo permitió al equipo de investigación mejorar el vínculo entre el electrodo y la enzima que en realidad oxida la glucosa, eliminando así uno de los principales impedimentos que impiden que las células de biocombustibles sean más eficientes.

Viendo los detalles del electrodo de algodón a través de un electrón microscopio. Imagen de la Instituto de Tecnología de Georgia y Universidad de Corea

Se cree que el uso de fibra de algodón mejorará la compatibilidad de la celda de combustible con el cuerpo humano y también aumentará la longevidad del dispositivo dentro de una persona viva. El equipo informa que se ha registrado una salida de potencia de 3.7 milivatios por centímetro cuadrado. Eso es una gran cantidad de energía y los requisitos de picos más altos podrían lograrse a través del almacenamiento dentro de supercapacitores ubicados dentro de los dispositivos médicos a ser alimentados.

Primeros planos en nanoescala de las fibras de algodón. Imagen del Instituto de Tecnología de Georgia.

El concepto de cosechar la propia energía del cuerpo no es nuevo. A lo largo de los años, los investigadores han investigado los dispositivos de alimentación con calor corporal, piezoelectricidad y una serie de reacciones químicas generadas dentro del propio cuerpo. Este mes de abril, por ejemplo, un dispositivo alimentado por biocombustible enzimático se implantó con éxito en un conejo y se monitorizó in vivo durante dos meses, lo que indica un avance importante en esta forma de dispositivo implantable.

El hecho de que las baterías alimentadas con glucosa lleguen a la corriente principal de los dispositivos implantables depende de su utilidad en las pruebas adicionales y de si pueden pasar las pruebas rigurosas asociadas con los dispositivos médicos en los Estados Unidos.

Mejor memoria para dispositivos médicos portátiles

El rompecabezas de alimentar dispositivos portátiles recibe mucha atención y por una buena razón. Pero los desafíos de los dispositivos implantables van más allá del diseño de sistemas de energía no intrusivos. El almacenamiento de memoria de baja potencia también es un punto difícil para los dispositivos que se espera que funcionen durante largos períodos de tiempo. Incluso si un dispositivo no está necesariamente recopilando datos ambientales para que los profesionales médicos los analicen, a menudo están recopilando datos sobre sus propias operaciones para que los ingenieros los analicen.

Cypress Semiconductor anunció recientemente su solución de memoria de registro de datos de baja potencia, denominada Excelon ™ LP F-RAM. FRAM es una memoria de acceso aleatorio ferroeléctrica, que a menudo se presenta como una alternativa a las memorias flash como NOR o NAND flash.

El paquete Excelon FRAM GQFN. Imagen de Cypress Semiconductor

Cypress lanzó este producto particular de registro de datos con varias aplicaciones en mente, incluyendo PLC industriales y vehículos autónomos, pero su enfoque ha sido, sin duda, dispositivos médicos portátiles.

"Sus escrituras instantáneas y los modos de potencia ultra baja maximizan la vida útil de la batería del sistema con una resistencia ilimitada para un registro de datos confiable a largo plazo", dice Sonal Chandrasekharan, Director Senior de su unidad de negocios RAM, en un video. Esa confiabilidad es lo que Cypress cree que hace que este producto en particular sea adecuado para aplicaciones implantables.

El diagrama simplificado para la nota de aplicación del dispositivo implantable de Cypress Semiconductor. Imagen de Cypress Semiconductor

De acuerdo con su comunicado de prensa sobre el tema, Cypress afirma que esta es la "memoria RAM no volátil más eficiente de la industria", una afirmación notable en el ámbito de los implantes donde el consumo de energía es un punto tan grave. En el mismo documento, Cypress afirma que esta solución de FRAM requiere "200 veces menos energía que las EEPROM y 3.000 veces menos que NOR Flash".

La creciente lista de aplicaciones para Implantables

Los avances en el poder, la memoria y la seguridad de los dispositivos implantables a veces pueden parecer incrementales. Sin embargo, en aplicaciones, estos avances permiten casos de uso más ambiciosos para tecnologías implantables.

Seguridad, Monitoreo e Identificación a través de Chips Implantables

Los chips implantables se están volviendo más comunes fuera de las aplicaciones médicas, cumpliendo la función menos conveniente de la comodidad.

En lugares como Suecia, una ola de palma con un chip en el interior puede reemplazar el uso de tarjetas de identificación integradas con RFID para que las personas puedan acceder sin llave a sus hogares y vehículos. El año pasado, una empresa con sede en Wisconsin dio un paso más en esta implantación centrada en la accesibilidad al colocar estos chips en su red de seguridad al permitir que un empleado solo use su chip para acceder a su computadora si ya habían sido escaneados en la puerta.

Mientras que algunos creen que ser un microchip es una cuestión de inevitabilidad, muchos otros están preocupados por las implicaciones de privacidad y seguridad de que tales prácticas se generalicen.

Dispositivo implantable para la insuficiencia cardíaca congestiva

los Optimizer Smart de Impulse Dynamics de Israel ofrece lo que la compañía describe como Modulación de contractilidad cardíaca (MCP) en los corazones de los pacientes que padecen ciertas etapas clínicamente definidas de la enfermedad.

Imagen de dinámica de impulsos

A diferencia de los desfibriladores, que envían pulsos de baja energía para corregir los ritmos cardíacos errantes, el Optimizer Smart envía una sacudida mucho más potente al corazón, obligando a los músculos a apretar más fuerte para enviar al cuerpo los volúmenes de sangre que de otra manera quedarían atrapados. a donde pertenece.

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¿Has diseñado dispositivos implantables? ¿Qué te llamó la atención en el espacio implantable durante el último año? Comparte tus pensamientos en los comentarios a continuación.