Wireless control of implantable microdevices

植入式微型设备的无线控制

基本信息

  • 批准号:
    1509748
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-07-01 至 2019-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract: Non-Technical:Implantable devices have a large potential for use as sensors, drug delivery, and medical devices. According to the National Academy of Sciences, 100 million patients in the U.S. alone can benefit from implantable tissues and systems. However, current implantable technologies still face central challenges of biocompatibility and facile communication with external devices. An improved method for building advanced biocompatible implantable devices could greatly advance the development of implantable sensors, drug-delivery devices, and drug-eluting stents and devices. Hence, the research objective of this proposal is to establish the key elements of a fundamentally new platform for wireless control of implantable devices. Specifically, the proposal seeks to develop a method for using focused ultrasound to actuate small components inside microdevices made of biocompatible materials. Ultrasound is already widely used for diagnostic imaging, and our work will seek to leverage this imaging modality to actuate implanted devices. In addition to research goals, this project contains elements that seek to address other potential benefits for society in education and diversity:- Undergraduate students: new research opportunities and lab modules on "implantable devices" for undergraduate students at both Columbia University and George Mason- High-school students: integration of implantable device research into educational modules for New York City high-school students- Technology transfer: nurturing of undergraduate students interested in commercializing state-of-the-art microdevice research into real- world devices for societyTechnical:In terms of specific research goals, this proposal aims to construct and demonstrate a new paradigm to efficiency control biocompatible microdevices using ultrasound. Ultrasound is fundamentally attractive because it is non-invasive, can penetrate through millimeters or even centimeters of dense tissue, and uses hardware which can be made compact. In our design, ultrasound can actuate selective microcomponents in the devices by precise focusing of ultrasonic energy or by employing agents that selectively respond to pre-specified acoustic parameters. Importantly, ultrasound can impart energy into implants which themselves contain no embedded biotoxic electronics or power supply, unlike most printed electronics. Despite these attractive qualities, to our knowledge, ultrasound has not been previously used to control implantable microdevices, let alone ones made from biocompatible materials that avoid biofouling. This research proposal is innovative in a number of specific aspects.- Fabrication of microdevices with components responsive to ultrasound- Developing and understanding how acoustic parameters interface with microdevice components in deep tissue- Developing a method to selectively actuate components inside a microdevice
翻译后摘要:非技术:植入式设备有很大的潜力,用作传感器,药物输送和医疗设备。 据美国国家科学院称,仅美国就有1亿患者可以从植入式组织和系统中受益。 然而,目前的植入式技术仍然面临着生物相容性和与外部设备的便捷通信的核心挑战。 一种用于构建先进的生物相容性可植入装置的改进方法可以极大地促进可植入传感器、药物递送装置和药物洗脱支架和装置的发展。 因此,本提案的研究目标是建立一个全新的植入式设备无线控制平台的关键要素。 具体来说,该提案旨在开发一种使用聚焦超声来驱动由生物相容性材料制成的微型设备内的小组件的方法。 超声波已经被广泛用于诊断成像,我们的工作将寻求利用这种成像方式来驱动植入设备。 除了研究目标外,该项目还包含寻求解决教育和多样性对社会的其他潜在利益的要素:-本科生:为本科生提供关于“植入式设备”的新研究机会和实验室模块, 哥伦比亚大学和乔治梅森-高中生:植入式设备研究到纽约市高中生的教育模块的整合-技术转让:培养本科生有兴趣在商业化的国家最先进的微型设备研究到真实的-世界的社会设备技术:在具体的研究目标方面,该提案旨在构建和展示一个新的范例,以有效地控制生物相容性的微型设备使用超声波。 超声从根本上说是有吸引力的,因为它是非侵入性的,可以穿透毫米甚至厘米的致密组织,并使用可以紧凑的硬件。 在我们的设计中,超声可以通过精确聚焦超声能量或通过采用选择性地响应预先指定的声学参数的试剂来驱动装置中的选择性微组件。 重要的是,超声波可以将能量传递到植入物中,这些植入物本身不包含嵌入式生物毒性电子器件或电源,这与大多数印刷电子器件不同。 尽管有这些吸引人的品质,据我们所知,超声以前还没有被用于控制可植入的微型设备,更不用说那些由生物相容性材料制成的,避免生物污染的设备了。这项研究在许多具体方面都是创新的。具有超声响应组件的微型器件的制造-开发和理解声学参数如何与深层组织中的微型器件组件接口-开发一种选择性地驱动微型器件内部组件的方法

项目成果

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  • 通讯作者:
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