PFI-TT: Bioresorbable multi-functional optical sensor for brain implant
PFI-TT:用于脑植入的生物可吸收多功能光学传感器
基本信息
- 批准号:1827693
- 负责人:
- 金额:$ 20万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2018
- 资助国家:美国
- 起止时间:2018-09-01 至 2020-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The broader impact/commercial potential of this PFI project: During clinical, surgical and rehabilitation steps, various sensor/monitor techniques are used to monitor brain function and other physiological parameters. However, current sensors are hard, rigid, bulky and dependent on fragile cables that can act as a nidus for infection in contaminated traumatic wounds. The associated surgical retrieval procedures, meanwhile, are costly and they subject patients to distress associated with re-operation and expose them to additional complications. On the other hand, bioresorbable electronics can be used for post-surgical monitoring of organ, tissue, implant, and wound health without the need for surgical extraction, thus reducing the risk of infection and complications during and after the surgical processes. The proposed innovation will open up numerous and diverse applications in medical, security, and consumer markets. Bioresorbable electronics can potentially move much closer to commercial reality in the next few years, with the promise of revolutionary advances in health care and environmental protection, resulting in broad social and economic impacts. Technology leadership in these areas will increase the economic competitiveness of the United States, advancing the health and welfare of the American public, enhancing partnerships between academia and industry, and developing an American STEM workforce that is globally competitive.The proposed project is to develop a bioresorbable bio-implantable multi-functional optical probe for simultaneous monitoring of brain intracranial pressure (ICP), temperature, and oxygenation. The initial target market of the technology is brain monitors for the efficient treatment of patients during recovery following a severe Traumatic brain injury (TBI). With this NSF PFI-PR project, various technical challenges at the interface between optics, electronic/optical materials, processes of bio-resorption, brain interfaces, advanced manufacturing, and commercial scaling will be addressed. The modular design approach proposed here involves an implantable bioresorbable probe head coupled to a pluggable/flexible external optical head, to shorten the product design cycle and reduce the cost. The self-compensating design for the fully bioresorbable optical/temperature sensor system will ensure accurate readings of physiological parameters, which are typically sensitive to environmental variations. A built-in self-calibration evanescent waveguide sensor pair enables autonomous long-term sensor accuracy. This bioresorbable systems can be designed to have the specific functional lifetimes, after which all of the constituent materials under complete bio-absorption, thereby eliminating the need for surgery, and associated risks to the patient, to remove the devices. Additionally, electrically passive operation and complete immunity to electromagnetic interference represent two important advantages of the proposed optical pressure sensors.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该PFI项目更广泛的影响/商业潜力:在临床、手术和康复步骤中,各种传感器/监测器技术用于监测大脑功能和其他生理参数。然而,目前的传感器是硬的,刚性的,笨重的,并依赖于脆弱的电缆,可以作为一个病灶的感染在污染的创伤伤口。与此同时,相关的手术取回程序是昂贵的,并且它们使患者遭受与再次手术相关的痛苦,并使他们暴露于额外的并发症。另一方面,生物可吸收电子器件可用于器官、组织、植入物和伤口健康的术后监测,而无需手术提取,从而降低了手术过程中和手术后感染和并发症的风险。拟议的创新将在医疗、安全和消费市场开辟众多不同的应用。生物可吸收电子产品在未来几年可能会更接近商业现实,有望在医疗保健和环境保护方面取得革命性进展,从而产生广泛的社会和经济影响。在这些领域的技术领先地位将提高美国的经济竞争力,促进美国公众的健康和福利,加强学术界和工业界之间的合作伙伴关系,并发展具有全球竞争力的美国STEM劳动力。拟议的项目是开发一种生物可吸收的生物植入式多功能光学探针,用于同时监测脑颅内压(ICP),温度,和氧合。该技术最初的目标市场是大脑监测器,用于在严重创伤性脑损伤(TBI)后恢复期间有效治疗患者。通过这个NSF PFI-PR项目,将解决光学,电子/光学材料,生物吸收过程,大脑接口,先进制造和商业规模之间的接口的各种技术挑战。本文提出的模块化设计方法涉及将可植入的生物可吸收探头耦合到可插拔/柔性外部光学头,以缩短产品设计周期并降低成本。完全生物可吸收的光学/温度传感器系统的自补偿设计将确保生理参数的准确读数,这些参数通常对环境变化敏感。内置的自校准倏逝波波导传感器对可实现自主的长期传感器精度。该生物可吸收系统可设计为具有特定的功能寿命,在此之后,所有组成材料完全生物吸收,从而消除了手术的需要,以及对患者的相关风险,以取出器械。此外,无源电操作和完全抗电磁干扰是光学压力传感器的两个重要优势。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
项目成果
期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Bioresorbable optical sensor systems for monitoring of intracranial pressure and temperature
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- 发表时间:2019-07-01
- 期刊:
- 影响因子:13.6
- 作者:Shin, Jiho;Liu, Zhonghe;Rogers, John A.
- 通讯作者:Rogers, John A.
Bioresorbable photonic devices for the spectroscopic characterization of physiological status and neural activity
- DOI:10.1038/s41551-019-0435-y
- 发表时间:2019-08-01
- 期刊:
- 影响因子:28.1
- 作者:Bai, Wubin;Shin, Jiho;Rogers, John A.
- 通讯作者:Rogers, John A.
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