Onderzoekers maken implanteerbare draadloze sensor op zandkorrelformaat

Onderzoekers van de University of California in Berkeley hebben zogenaamde 'neurale stofjes' gemaakt ter grootte van een flinke zandkorrel die in het lichaam geïmplanteerd kunnen worden en hun energie krijgen uit ultrasoon geluid, waarmee de sensor ook uit te lezen is.

Het 'neurale stof' kan gebruikt worden om functies in het lichaam realtime te monitoren of te stimuleren, zoals zenuwen, spieren of organen. De sensors worden aangestuurd via een externe omzetter of transducer die een piëzo-elektrisch kristal aandrijft. Aan dat kristal zit een simpel elektronisch circuit vast dat reageert op de spanning tussen twee elektrodes. De spanning die staat over de elektrodes kan vervolgens via het terugkerende ultrageluid worden uitgelezen.

De onderzoekers deden eerder experimenten met radiogolven, maar die dringen niet diep genoeg door in het lichaam waardoor mogelijk te hoge stralingsdoses nodig zijn om te communiceren met de sensors. Ook is het makkelijker met ultrageluid om zeer kleine apparaten te bereiken, zegt een van de onderzoekers op de site van de universiteit.

De eerste versies van de sensors bestonden nog uit gecoate circuits met een epoxyhars, maar op dit moment worden de 'stofjes' van biocompatibele dunne films gemaakt die mogelijk langer dan tien jaar in het lichaam kunnen verblijven.

Het eerste doel van het project was om een volgende-generatie brein-machine-interface te maken waardoor het niet meer nodig is om elektrodes in de hersens te implanteren met een draadje dat naar buiten moet via een gaatje in de schedel. Voordat het zover is, moeten de sensors nog een stukje kleiner worden, namelijk zo'n 50 micrometer.

Bron: Cell

IT-banen

Reacties (23)

uiltje 8 augustus 2016 18:23

Als mensen bezorgt zijn om hun hond of andere beestjes: de pulsen zijn op 1.85 MHz voor dit systeem. Da's wel een erg hoge toon, dus het is niet waarschijnlijk dat dat een probleem is. Zelfs vleermuizen kunnen maar tot maximaal 200 KHz horen (volgens Wikipedia).

Verder: 0.12 mW - tja, het zand moet niet te veel opnemen lijkt me. En een data overdracht van 0.5 Mbps. Da's niet slecht voor een sensortje.

Bron: een linkje verder naar Berkeley.

[Reactie gewijzigd door uiltje op 22 juli 2024 22:15]

irritantrotjoch 8 augustus 2016 19:35

En wat als de "zandkorreltjes" vanaf je hersenen in je bloedbaan terecht komen bv richting oog?
Of in een belangrijk deel van je hersenen.

supersnathan94 @irritantrotjoch • 8 augustus 2016 19:57

Nouja. Aangezien een hart slagader zo'n 2,5mm max is zal het denk ik meevallen. Alleen de aorta zou problemen kunnen geven met 20-35 mm. Maar dan moet ie eerst ergens anders langs en dat wordt erg lastig. Normale haarvaten zijn veel te klein om er doorheen te kunnen.

tijnvw @supersnathan94 • 8 augustus 2016 21:09

Daarom heeft irritantrotjoch ook een punt. Grote vaten zijn geen probleem: daar gaan ze gewoon doorheen. Het lichaam krijgt een probleem wanneer zo'n korrel (of een klontering van een korreltje en zeg bijvoorbeeld een bal witte bloedcellen en/of bloedplaatjes - die van nature aan niet-lichaamseigen stoffen plakken) in een klein vaatje terecht komen.
De bloedstroom zal op dat punt blokkeren, het achterliggende gebied zal geen bloed meer krijgen en er zal een infarct met weefselsterfte optreden.

Dan nog maar te zwijgen over de vraag "hoe krijg je ze er weer uit" als je dat zou willen. Objecten kunnen ontsteken, slijten (en uit elkaar vallen), een auto-immuunreactie in gang zetten of mechanische schade - bijvoorbeeld perforatie veroorzaken.
Klinkt als een leuk idee, maar met deze groottes gaat verwijderen nooit lukken, dus is levensgevaarlijk. Dan beter grote sensoren, bijvoorbeeld van het formaat implanon ("hormoonstaafje" voor anticonceptie). Hoewel je zelfs daar soms klachten van ziet, raak je die in ieder geval niet kwijt, en kun je die (met een beetje moeite) altijd weer verwijderen.

Microscopisch kleine lichaamsvreemde deeltjes zijn trouwens hartstikke kankerverwekkend, zie bijvoorbeeld fijnstof/asbest (zelfde orde van grootte) en longkanker.

Afgezien van het hele "total surveillance"-idee, vind ik het vanuit medisch perspectief erg onverantwoord om te doen alsof zo'n sensor implanteren zonder risico's kan gebeuren.

Edit: uitleg waarom het niet verwijderbaar zijn van lichaamsvreemde objecten een probleem is

[Reactie gewijzigd door tijnvw op 22 juli 2024 22:15]

supersnathan94 @tijnvw • 9 augustus 2016 00:17

Microscopisch kleine lichaamsvreemde deeltjes zijn trouwens hartstikke kankerverwekkend, zie bijvoorbeeld fijnstof/asbest (zelfde orde van grootte) en longkanker.

Ja maar dat is een ander type kanker dan carcinogene stoffen zoals benzeen.

Asbest prikt letterlijk je cellen kapot waardoor er litteken weefsel ontstaat. Dit wordt vervolgens ook weer kapot geprikt waardoor er nog meer litteken weefsel ontstaat. En dit gaat onneindig door. Je gaat niet per se dood aan het gezwel dat ontstaat, maar door de hoeveelheden vloeistof in je longen. Je verdrinkt feitelijk gewoon.

Als ik de afbeeldinge zo bekijk is dit object wel in staat dingen lek te prikken met de punt die erop zit maar zodra het echt een mooi balletje is, is daar al geen sprake meer van. Haarvaten zijn nog zo veel kleiner dat ik de kans heel erg klein acht dat een losgeraakte sensor problemen gaat veroorzaken.

Zo'n sensor kan alleen een probleem veroorzaken bij aders kleiner dan zo'n 3mm (bochtjes en dingen hebben iets marge nodig), maar groter dan 2,5mm. Op het moment dat je aan die grootte zit heb je al een aantal kleinere vaten gehad. Bloed gaat niet zomaar een ader in. Dat gaag vanuit kleine haarvaten. De sensor is nu te groot om daar problemen te kunnen geven (haarvaten zitten overal en eentje verstoppen is niet zo heel erg. Daar kan je last van hebben, maar dat gebeurt op zich best vaak). Voordat de sensor in aders van 3mm komt heeft hij al een langere weg afgelegd die feitelijk onmogelijk is voor zo'n "groot" object.

Op het moment dat achterliggend weefsel geen zuurstof meer krijgt heb je een ander probleem. En dat is perforatie van een slagader en dus interne bloedingen. Het mooie van onze bloedsomloop is dat relatief grote objecten niet zomaar in de omloop kunnen komen doordat "het begin" heel nauw en klein is. Om er dus daadwerkelijk in te kunnen komen moeten dergelijk object dus direct ingespoten worden of zich zelf injecteren (met interne bloedingen tot gevolg). Dat laatste gebeurt echter niet zomaar. Ik heb er zelf een gehad in mijn voet, maar dat kostte wel 10KG aan water dat van 1,70m naar beneden viel. Geen pretje, maar heel goed te behandelen. Een koud bad water en genoeg beweging is dan voldoende om de doorbloeding op gang te houden. Bij hersenen is dit uiteraard anders, maar de kracht die benodigd is, ligt wel ordes van grootte hoger dan de vloeistofdruk die zich achter een object op zou kunnen bouwen.

tijnvw @supersnathan94 • 9 augustus 2016 09:24

Asbest prikt letterlijk je cellen kapot waardoor er litteken weefsel ontstaat. Dit wordt vervolgens ook weer kapot geprikt waardoor er nog meer litteken weefsel ontstaat. En dit gaat onneindig door. Je gaat niet per se dood aan het gezwel dat ontstaat, maar door de hoeveelheden vloeistof in je longen. Je verdrinkt feitelijk gewoon.

Onzin. Asbest veroorzaakt weldegelijk kanker, zelfs verschillende soorten namelijk longcarcinoom en mesothelioom.

Wat uiteraard wel waar is, is dat kleine lichaamsvreemde deeltjes niet alleen direct 'giftig' (=carcinogeen) kunnen zijn, maar ook op een indirecte manier schadelijk, namelijk doordat ze een ontstekingsreactie van het lichaam uitlokken met alle schade van dien. Wanneer dit gebeurt zal het lichaam proberen via de normale weg (witte bloedcellen, ontsteking) het vreemd lichaam weg te werken. Bij een biologisch afbreekbaar object zoals een houten splinter is dit al lastig, laat staan met een synthetisch object zoals een nano-chip.
Necrose (afsterven van weefsel) is hiermee een nare complicatie. Het best mogelijke resultaat is dat het object op een gegeven moment 'ingekapseld' is in ontstekingsweefsel waardoor het lichaam het heeft afgeschermd van zijn interne milieu - hiermee zal de sensor echter niet meer werken.

Om terug te komen op het topic: de gezondheidseffecten van deze nano-sensors kunnen absoluut niet worden overzien. Zowel direct toxisch door de gebruikte materialen als mechanisch door ontsteking.

Verwijderd @tijnvw • 9 augustus 2016 11:17

Asbest, zoals ik dat op school leerde, bestaat uit minerale vezels die ongeveer even lang zijn als de menselijke cel,.

De vezel prikt inderdaad door de cel heen, als een speer. De cel kan niet verwijderd worden en er ontstaat wildgroei. Dat is wat kanker is.

Haunting_Spirit

@tijnvw • 9 augustus 2016 09:45

_{Afgezien van het hele "total surveillance"-idee, vind ik het vanuit medisch perspectief erg onverantwoord om te doen alsof zo'n sensor implanteren zonder risico's kan gebeuren.}

Het is momenteel voor het monitoren en bestuderen van lichaamsfuncties en dan met name de hersenen. De risico's die er momenteel zijn hebben vooral te maken met kans op infecties en instabiliteit van de sensoren omdat ze zo groot zijn (met een draadje door de schedel).

Vind deze ontwikkeling voor medische doeleinden dan wel goed. Hoop niet dat ze sensoren gaan ontwikkelen die op afstand uit te lezen zijn of misschien wel te bedienen.

Verwijderd @Haunting_Spirit • 9 augustus 2016 11:20

Maar hoe naïef ben je dan. Want dat is wel wat men daarna wil.

Snappen mensen nu echt niet wat technologie is? Elk bereikt niveau is een nieuw platform voor verdere ontwikkeling. Als je geen sensoren of activeerbare gadgets in je lichaam wil dan moet je hier nu al tegen zijn. Of je moet wettelijke grenzen stellen aan wat wetenschap mag onderzoeken en limieten stellen aan welke implementaties ontwikkelt mogen worden.

Er is niet één persoon buiten mijzelf om, op deze website die dát wil. En dus moet je niet gaan huilie huilie doen als er straks een bericht verschijnt alhier, waarin men dingen kan implanteren die men wel kan besturen.

Haunting_Spirit

@Verwijderd • 9 augustus 2016 11:59

Begrijp me heel goed. Ook ik ben tegen het total surveillance idee en dus ook dat we verplicht worden zulke sensoren in te brengen. Echter voor medische doeleinden de sensoren kleiner maken vind ik wel goed. Een diabetespatient die niet meerdere keren per dag hoeft te prikken om zijn/haar bloed te meten maar een sensor die verbinding heeft met je insulinepomp zal hier baat bij hebben. Of een slechthorende die niet meer van die grote dingen achter zijn oor of in zijn hoofd hoeft te hebben.

Dus puur voor de medische sector en niet om een implantaat te hebben om ergens te kunnen betalen o.i.d.
Denk dat die wettelijke grenzen zeker snel vastgesteld moeten worden.

Verwijderd @Haunting_Spirit • 9 augustus 2016 12:06

Wel, daar verschillen we dan van mening. Ik denk niet dat er iemand bestaat die implementatie van techniek aan banden wil leggen.

Dat zie je hier in discussies ook. Als ik kritiek heb op wat we allemaal onderzoeken dan is hun argument dat we alles moeten onderzoeken omdat het misschien op termijn een mogelijk voordeel oplevert.

In het medisch lab wil men ze gaan besturen omdat het dan gerichter op een moeilijke plek gestuurd kan worden. Bijvoorbeeld. Voor een inlichtingendienst betekent dat, dat je het ding kunt sturen waar het een dodelijk effect heeft.

En die zullen dat niet nalaten. Technologie wordt nooit iets in de weg gelegd.

thijsjek 8 augustus 2016 18:24

Grote zandkorrel van ca 2,5mmx0,5mm.
Wiki over zand:
"Zand is zacht, hard, los en korrelig materiaal en een van de meest voorkomende natuurlijke stoffen op aarde. Zand bestaat uit zeer kleine stukjes steen, zandkorrels, die in grootte variëren tussen 63 micrometer en 2 millimeter. Als de korrels kleiner dan 63 micrometer zijn heet de grondsoort silt; bij korrels groter dan 2 millimeter spreekt men van grind."

Maar genoeg van dat. Het is wel knap dat er geen kabel tussen uitwendig en inwendig nodig is en op dit formaat van grind. Tevens knap dat het spul zolang in het lichaam kan blijven.

Blokker_1999

Wetenschap

8 augustus 2016 18:24

Komen we straks niet meer toe met ons alu hoedje, moeten we ons volledig gaan inpakken.

DyroB 8 augustus 2016 19:48

Ontzettend knap.

Ik vraag mij af, zou met zoiets het mogelijk zijn voor mensen met hersenschade/zenuwschade om bepaalde functies weer terug te krijgen? Dat ontwikkeling als dit het zenuwstelsel zou kunnen vervangen bij deze groep? Bijvoorbeeld bij iemand die (gedeeltelijk) verlamd is?

Ik snap dat dit nog in zijn kinderschoenen staat, ik doel dan ook meer op een toekomstig punt wanneer het verder in ontwikkeling is.