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Rafforzamento ai dei apparecchi medici basati a titanio miniaturizzati: un'intervista con Dott. Masaru Rao, università di California, riva del fiume

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Cui gli apparecchi medici miniaturizzati sono fatti dal titanio usato tipicamente per?

Non molto… almeno non ancora. Mentre il titanio è usato ampiamente per gli apparecchi medici più convenzionali di macroscala (per esempio innesti del cinorrodo, innesti dentari e stimolatore cardiaci cardiaci), il suo uso per micro- e le unità del nano-disgaggio è stata limitata finora.

Questa limitazione è dovuta, nella grande parte, alla mancanza di tecnologie di montaggio che possono consentire l'accesso a questi disgaggi diminuiti di lunghezza. La nostra tecnologia reattiva profonda di titanio sviluppata di recente incisione di ione (Ti DRIE) ora indirizza questa limitazione.

Come tale, crediamo che offra la nuova occasione di realizzazione degli apparecchi medici radicalmente miniaturizzati ed agiamo in tal modo facendo uso di un materiale con la biocompatibilità ben-provata nelle applicazioni croniche di impianto.

Gli esempi delle unità corrente in sviluppo nel nostro laboratorio comprendono i microneedles per la consegna minimo-dilagante della droga, gli stents vascolari pro-curativi e le interfacce prostetiche neurali robuste.

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Recentemente avete ricevuto un quinquennale, premio in anticipo dello sviluppo di carriera di $400.000 facoltà (CARRIERA) dal National Science Foundation per provare a rinforzare agli gli apparecchi medici basati a titanio miniaturizzati. Perché non sono le unità correnti abbastanza forti?

Mentre ad apparecchi medici basati a titanio del nano-disgaggio e micro- non sono ancora disponibili, quasi tutto l'oggi in uso delle parti metalliche di macroscala conta su certo modulo di rafforzamento (per esempio unire in lega) per migliorare la loro prestazione ed affidabilità.

, Tuttavia, c'è stato interessante considerazione minima di rafforzamento per le unità del nano-disgaggio e micro- finora. Ciò è dovuta, nella grande parte, alle limitazioni imposte mediante tecniche micromachining correnti.

Per esempio, la nostra tecnica del Ti DRIE funziona soltanto con Ti puro, dovuto la natura altamente chimica del meccanismo materiale di rimozione sopra cui è basata. Ciò, quindi, preclude l'opportunità per usando altre leghe biomediche ad alta resistenza (per esempio acciaio inossidabile), o persino le leghe ad alta resistenza del Ti (per esempio Ti 6-4), poiché tutte contengono gli elementi metallici supplementari che pregiudicano avversamente il trattamento micromachining.

Che vantaggi là sarebbero degli apparecchi medici miniaturizzati rinforzati hanno fatto dal titanio?

Come alla macroscala, la prestazione e l'affidabilità delle unità del nano-disgaggio e micro- potrebbero essere migliorate significativamente se possiamo aumentare la loro resistenza.

Alle le unità che basate a titanio del microneedle corrente stiamo sviluppando rappresentano uno di molti esempi in questo senso. Microneedles è strutture penetranti di microscala che sono, nel senso più semplice, versioni altamente miniaturizzate dei aghi di stampa ipodermici convenzionali.

La dimensione diminutiva dei microneedles offre l'occasione significativamente della diminuzione del danno durante l'infiltrazione del tessuto, che può infine piombo a tempo curativo diminuito ed alla prestazione aumentata dell'unità.

In collaborazione con Malik Kahook, un professore nel dipartimento dell'oftalmologia all'università di colorado, stiamo esplorando il potenziale per i microneedles di sviluppo per la consegna delle droghe all'occhio.

Poiché queste unità sono intese per l'infiltrazione di relativamente robusto ma anche dei tessuti altamente sensibili, quali la cornea e lo sclera, la resistenza è cruciale.

Inoltre, la maggior robustezza permetterà che noi facciamo le più piccole unità, che diminuiranno la forza di trauma e di inserzione del tessuto, di cui tutt'e due sono metrica importante della prestazione.

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Come pianificazione sviluppare le tecniche per rinforzare agli gli apparecchi medici basati a titanio miniaturizzati?

Mentre i numerosi metodi esistono per il rafforzamento alla macroscala, pochi sono traducibili al micro- e al nano-disgaggio. Tuttavia, un metodo che mostra la promessa in questo senso è nitrurazione del gas, che è usata ampiamente per l'aumento della resistenza all'usura delle parti di metallo convenzionali di macroscala (per esempio alberi a camme del motore induriti caso).

Crediamo questo potenziale significativo delle tenute di tecnica per i nostri apparecchi medici miniaturizzati, poiché può essere applicato dopo che da costruzione, così aggirando le limitazioni trattate suddette della compatibilità.

Tuttavia, è importante sottolineare che la traduzione di questa tecnica alle nostre unità non sarà come semplice cadendole in una fornace convenzionale della nitrurazione. Ci sono una serie di alternanze potenziali uniche ai micro- e al nano-disgaggio che devono essere capiti meglio per valutare la possibilità.

Come il vostro lavoro è stato influenzato da fabbricazione automobilistica?

Il nostro lavoro non è influenzato dalla fabbricazione automobilistica di per sé, ma piuttosto dalla fabbricazione avanzata in generale. Questa influenza risulta dall'opportunità unica che ora esiste per le decadi di spillatura degli avanzamenti nel trattamento convenzionale del metallo per migliorare la prestazione e l'affidabilità delle nostre unità.

La traduzione di nitrurazione del gas al micro- e al nano-disgaggio rappresenta un esempio di questo. Tuttavia, egualmente prevediamo l'opportunità per la traduzione in direzione opposta pure.

Specificamente, prevediamo il potenziale per uso di Ti DRIE migliorare la prestazione e/o la funzionalità delle unità convenzionali di macroscala con la lavorazione delle strutture del nano-disgaggio o micro- direttamente all'interno di più grandi parti del titanio di macroscala.

Per esempio, è concepibile che il nostro trattamento del Ti DRIE potrebbe permettere l'integrazione dei sensori di pressione di microscala direttamente all'interno degli innesti del cinorrodo. Ciò potrebbe poi offrire l'occasione del video a lungo termine del trasferimento del caricamento dall'osso circostante, così permettendo la rilevazione dell'innesto che allenta molto prima che il danno irreversibile avesse accaduto.

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Pensate la fabbricazione dell'apparecchio medico dovreste catturare l'inspirazione dadelle altre applicazioni?

Certamente, c'è ancora molto che possa essere istruito da altre applicazioni. Per esempio, nel corso degli ultimi decenni, sta aumentando l'interesse nello sguardo alla natura per le nuove soluzioni ai problemi provocatori in molti campi.

Gli stents che vascolari pro-curativi corrente stiamo sviluppando rappresentano uno di molti esempi in questo senso. Gli Stents sono impalcature del millimetro-disgaggio che sono usate per prop le arterie aperte ostruite da accumulazione della placca.

Mentre gli stents sono stati nell'uso molto diffuso per più di una decade, una piccola percentuale dei pazienti che ricevono tali unità ancora soffre dalle complicazioni serie che risultano dalla guarigione incompleta dell'imbarcazione intorno allo stent.

In collaborazione con il vincitore Rodgers, un professore nel dipartimento della bioingegneria qui a UCR, stiamo esplorando il potenziale per la diminuzione delle tali complicazioni attraverso la creazione del preciso-definito di, nano-disgaggio, strutture del tipo di stridente sulla superficie agli degli stents basati a titanio che possono accelerare il trattamento curativo.

Sebbene i meccanismi esatti non siano ancora capita buona, ha supposto che tali strutture facilitassero le interazioni cellulari più favorevoli con la superficie dello stent, poiché cominciano ad imitare la topografia della matrice extracellulare indigena che le celle interagiscono con nell'organismo.

Quanto tempo la pensate catturerete affinchè sviluppiate le tecniche per rinforzare agli gli apparecchi medici basati a titanio miniaturizzati?

Se tutto va secondo la pianificazione, dovremmo avere proof of concept tra qualche anno. L'applicazione ai nostri sforzi di sviluppo in corso dell'unità dovrebbe poi seguire presto dopo.

Come pensate il futuro agli agli apparecchi medici basati a titanio miniaturizzati vi svilupperete?

Offrendo l'occasione non solo alle delle strutture basate a titanio lavoranti ai lunghezza-disgaggi senza precedenti piccoli, ma anche delle funzionalità multiple strettamente d'integrazione all'interno di tali strutture (per esempio elettrico, fluido, termico, ecc.), crediamo che il Ti DRIE servisca da tecnologia fondamentalmente permettente della piattaforma per gli apparecchi medici miniaturizzati.

I nostri sforzi correnti nell'intervento vascolare, nella consegna minimo-dilagante della droga e in neuroprosthetics rappresentano la punta dell'iceberg a tale riguardo. Come tale, aspettiamo con impazienza di lavorare con i clinici, i ricercatori ed i produttori dell'apparecchio medico da contribuire ad identificare ed indirizzare la costrizione dei bisogni underserved o insoddisfatti questi ed in altre aree.

Dove possono i lettori trovare più informazioni?

L'ulteriore informazione può essere trovata sul sito Web di Biomedical Microdevices Laboratory di prof. Rao: http://www.engr.ucr.edu/~mprao/index.html

Circa Dott. Masaru Rao

GRANDE IMMAGINE di Masaru RaoProf. Rao ha ricevuto il suo B.S. nella scienza & nell'assistenza tecnica dei materiali dall'università di Florida con specializzazione in metallurgia. Ha ricevuto il suo Ph.D. in materiali che costruisce dall'università di California, Santa Barbara (UCSB), sotto la supervisione di prof. Fred Lange nell'area di ceramica strutturale.

A seguito della graduazione, lui accettato una posizione del ricercatore post-dottorato nel gruppo di prof. Noel MacDonald nell'instituto di ingegneria meccanica all'UCSB, in cui era un membro integrale del gruppo che ha sviluppato alle le tecniche micromachining basate a plasma che permettono per la prima volta, incisione di ione reattiva profonda del titanio in serie.

Ha unito la Purdue University come assistente universitario a banco dell'ingegneria meccanica e scuola dei materiali che costruisce nel gennaio 2007 (da cortesia).

Si è mosso nel gennaio 2009 verso il dipartimento dell'ingegneria meccanica all'università di California, riva del fiume (UCR) ed è un docente di memoria nella scienza dei materiali & nel programma di assistenza tecnica e docente partecipante nel dipartimento della bioingegneria.

Gli interessi della ricerca di prof. Rao si trovano nello sviluppo fondamentalmente di permettere ai sistemi MicroElectroMechanical (MEMS) hanno basato le tecnologie della trasformazione, le unità e gli strumenti che rispondono ai bisogni critici nella salute pubblica, facilitano l'indagine scientifica ed avanzano la comprensione nelle aree di importanza medica.

Gli sforzi correnti soprattutto mettono a fuoco sullo sviluppo dei microdevices biomedici per le applicazioni compreso intervento cardiovascolare, la consegna minimo-dilagante della droga, i neuroprostheses e la manipolazione cellulare di capacità di lavorazione ultraelevata.

Ha authored/co-authored oltre 30 articoli pubblicati ed atti di conferenza, ha 2 ricevuto e 3 in attesa dei brevetti ed ha presentato le conferenze invitate nei campi che variano dai compositi ceramici a MEMS.

Prof. Rao è un destinatario del premio di CARRIERA del NSF (2013) ed è un membro della divisione di ASME MEMS, la società di assistenza tecnica biomedica, la società della ricerca dei materiali, assistenza tecnica di IEEE nella società di biologia & della medicina e nella società delle unità di elettrone di IEEE.

La ricerca di prof. Rao è costituita un fondo per da vari enti federali (NIH, NSF, & DoD) come pure dai garanti industriali ed interni.

April Cashin-Garbutt

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April Cashin-Garbutt

April graduated with a first-class honours degree in Natural Sciences from Pembroke College, University of Cambridge. During her time as Editor-in-Chief, News-Medical (2012-2017), she kickstarted the content production process and helped to grow the website readership to over 60 million visitors per year. Through interviewing global thought leaders in medicine and life sciences, including Nobel laureates, April developed a passion for neuroscience and now works at the Sainsbury Wellcome Centre for Neural Circuits and Behaviour, located within UCL.

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    Cashin-Garbutt, April. (2018, August 23). Rafforzamento ai dei apparecchi medici basati a titanio miniaturizzati: un'intervista con Dott. Masaru Rao, università di California, riva del fiume. News-Medical. Retrieved on September 24, 2021 from https://www.news-medical.net/news/20130529/Strengthening-miniaturized-titanium-based-medical-devices-an-interview-with-Dr-Masaru-Rao-University-of-California-Riverside.aspx.

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