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Fortalecer los aparatos médicos titanio-basados miniaturizados: una entrevista con el Dr. Masaru Rao, Universidad de California, orilla

IMAGEN del ARTÍCULO de Masaru Rao

¿Para qué los aparatos médicos miniaturizados se hacen del titanio usado típicamente?

No mucho… por lo menos no todavía. Mientras que el titanio se utiliza extensamente para aparatos médicos más convencionales de la macroescala (e.g implantes del caballete, implantes dentales, y marcapasos cardiacos), su uso para micro y los dispositivos de la nano-escala se han limitado hasta el momento.

Esta limitación es debida, en parte grande, a la falta de tecnologías de la fabricación que puedan ofrecer el acceso a éstos las escalas reducidas del largo. Nuestra tecnología reactiva profunda titanium recientemente desarrollada de la aguafuerte de ión (Ti DRIE) ahora dirige esta limitación.

Como tal, creemos que ofrecerá la nueva oportunidad para la realización de aparatos médicos radicalmente miniaturizados, y hacemos tan usando un material con biocompatibility bien-probado en usos crónicos de la implantación.

Los ejemplos de dispositivos en fase de desarrollo en nuestro laboratorio incluyen actualmente los microneedles para el lanzamiento mínimo-invasor de la droga, los stents vasculares favorable-curativos, y los interfaces prostéticos de los nervios robustos.

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Usted recibió recientemente un de cinco años, recompensa temprana del revelado de carrera de $400.000 facultades (CARRERA) del National Science Foundation para intentar fortalecer los aparatos médicos titanio-basados miniaturizados. ¿Por qué no son los dispositivos actuales bastante fuertes?

Mientras que los aparatos médicos micros y de la nano-escala titanio-basados no están todavía disponibles, casi todo el hoy funcionando de las piezas metálicas de la macroescala confía en una cierta forma de fortalecer (e.g aleación) para aumentar su funcionamiento y confiabilidad.

, Sin embargo, ha habido interesante consideración mínima de fortalecer para los dispositivos micros y de la nano-escala hasta el momento. Esto es debido, en parte grande, a las limitaciones impuestas por técnicas micromachining actuales.

Por ejemplo, nuestra técnica del Ti DRIE trabaja solamente con el Ti puro, debido a la naturaleza altamente química del mecanismo material del retiro sobre el cual se basa. Esto, por lo tanto, impide la oportunidad para usar otras aleaciones biomédicas de alta resistencia (e.g acero inoxidable), o aún las aleaciones de alta resistencia del Ti (e.g. Ti 6-4), puesto que todo contiene los elementos metálicos adicionales que afectan al contrario al proceso micromachining.

¿Qué ventajas allí estarían de aparatos médicos miniaturizados fortalecidos hicieron del titanio?

Como en la macroescala, el funcionamiento y la confiabilidad de los dispositivos micros y de la nano-escala podrían ser aumentados importante si podemos aumentar su fuerza.

Los dispositivos titanio-basados del microneedle que estamos desarrollando actualmente representan uno de muchos ejemplos a este respecto. Microneedles es las estructuras penetrantes de la microescala que son, en el sentido más simple, versiones altamente miniaturizadas de agujas hipodérmicas convencionales.

La talla diminuta de microneedles ofrece la oportunidad para importante reducir daño durante la penetración del tejido, que puede llevar final al tiempo curativo reducido y al funcionamiento creciente del dispositivo.

En colaboración con Malik Kahook, un profesor en el departamento de la oftalmología en la universidad de Colorado, hemos estado explorando el potencial para los microneedles que se convertían para entregar las drogas al aro.

Puesto que estos dispositivos se piensan para la penetración de relativamente robusto pero también de tejidos altamente sensibles, tales como córnea y sclera, la fuerza es crucial.

Por otra parte, la fuerza creciente permitirá que hagamos dispositivos más pequeños, que reducirán la fuerza del trauma y de la inserción del tejido, que son métricas importantes del funcionamiento.

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¿Cómo usted proyecta desarrollar técnicas para fortalecer los aparatos médicos titanio-basados miniaturizados?

Mientras que los métodos numerosos existen para fortalecer en la macroescala, pocos son traducibles al micro y a la nano-escala. Sin embargo, un método que muestra promesa a este respecto es la nitruración del gas, que se utiliza extensamente para aumentar la resistencia de desgaste de las piezas de metal convencionales de la macroescala (e.g ejes de levas endurecidos caso del motor).

Creemos este potencial importante de los asimientos de la técnica para nuestros aparatos médicos miniaturizados, puesto que puede ser aplicado después de que se hayan fabricado, así evitando las limitaciones de proceso ya mencionadas de la compatibilidad.

Sin embargo, es importante acentuar que la traslación de esta técnica a nuestros dispositivos no estará como simple cayéndolos en un horno convencional de la nitruración. Hay varios equilibrios potenciales únicos al micros y a la nano-escala que necesitan ser entendidas mejor para fijar viabilidad.

¿Cómo su trabajo ha sido influenciado el en fábrica automotor?

Nuestro trabajo no es influenciado por la fabricación automotor por sí mismo, sino bastante por la fabricación avanzada en general. Esta influencia se presenta de la oportunidad única que ahora existe por décadas que golpean ligeramente de avances en el metal convencional que tramita para aumentar el funcionamiento y la confiabilidad de nuestros dispositivos.

La traslación de la nitruración del gas al micro y a la nano-escala representa un ejemplo de esto. Sin embargo, también prevemos la oportunidad para la traslación en la dirección opuesta también.

Específicamente, prevemos el potencial para el uso del Ti DRIE de aumentar el funcionamiento y/o las funciones de los dispositivos convencionales de la macroescala con la fabricación de las estructuras micras o de la nano-escala directamente dentro de piezas más grandes del titanio de la macroescala.

Por ejemplo, es concebible que nuestro proceso del Ti DRIE podría permitir la integración de los sensores de la presión de la microescala directamente dentro de los implantes del caballete. Esto podría entonces ofrecer la oportunidad para la supervisión a largo plazo de la transferencia de la carga del hueso circundante, así permitiendo la detección del implante que aflojaba mucho antes ha ocurrido el daño irreversible.

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¿Usted piensa la fabricación del aparato médico debe tomar la inspiración de otros usos?

Ciertamente, todavía hay mucho que puede ser docto de otros usos. Por ejemplo, en las últimas décadas, ha estado aumentando interés en observar a la naturaleza para las nuevas soluciones a los problemas desafiadores en muchos campos.

Los stents vasculares favorable-curativos que estamos desarrollando actualmente representan uno de muchos ejemplos a este respecto. Los Stents son los andamios de la milímetro-escala que se utilizan para apoyar las arterias abiertas estorbadas por la acumulación de la placa.

Mientras que los stents han estado en el uso disperso para más que una década, un pequeño porcentaje de los pacientes que reciben tales dispositivos todavía sufre de las complicaciones serias que se presentan de la cura incompleta del buque alrededor del stent.

En colaboración con el vencedor Rodgers, un profesor en el departamento de la bioingeniería aquí en UCR, hemos estado explorando el potencial para reducir tales complicaciones a través de la creación de exacto-definido, nano-escala, grating-como las estructuras en la superficie de los stents titanio-basados que pueden acelerar el proceso curativo.

Aunque los mecanismos exactos todavía no sean haber entendido bien, ha presumido que tales estructuras facilitan acciones recíprocas celulares más favorables con la superficie del stent, puesto que comienzan a imitar la topografía de la matriz extracelular nativa que las células obran recíprocamente con en la carrocería.

¿Cuánto tiempo usted la piensa tomará para que usted desarrolle técnicas para fortalecer los aparatos médicos titanio-basados miniaturizados?

Con tal que todo vaya según plan, debemos tener prueba-de-concepto en los próximos años. El uso a nuestros esfuerzos de revelado en curso del dispositivo debe entonces seguir pronto después.

¿Cómo usted piensa el futuro en aparatos médicos titanio-basados miniaturizados se convertirá?

Ofreciendo la oportunidad para no sólo labrar a máquina las estructuras titanio-basadas en las largo-escalas sin precedente pequeñas, pero también las funciones múltiples apretado de integración dentro de tales estructuras (e.g eléctrico, hidráulico, térmico, etc.), creemos que el Ti DRIE servirá como tecnología de la plataforma fundamental que habilita para los aparatos médicos miniaturizados.

Nuestros esfuerzos actuales en la intervención vascular, el lanzamiento mínimo-invasor de la droga, y el neuroprosthetics representan la punta del iceberg a este respecto. Como tal, observamos adelante al trabajo con los clínicos, los investigadores, y los fabricantes del aparato médico a ayudar a determinar y a dirigir obligar necesidades underserved o incumplidas en éstos y otras áreas.

¿Dónde pueden los programas de lectura encontrar más información?

La información adicional se puede encontrar en el Web site Biomedical Microdevices Laboratory de profesor Rao: http://www.engr.ucr.edu/~mprao/index.html

Sobre el Dr. Masaru Rao

IMAGEN GRANDE de Masaru RaoProfesor Rao recibió su B.S. en ciencia material y la ingeniería de la universidad de la Florida con la especialización en metalurgia. Él recibió su Ph.D. en materiales que dirigía de la Universidad de California, Santa Barbara (UCSB), bajo supervisión de profesor Fred Lange en el área de la cerámica estructural.

Después de la graduación, él validó una posición del investigador postdoctoral en grupo de profesor Noel MacDonald en el departamento de la ingeniería industrial en el UCSB, donde él estaba una pieza integral de las personas que desarrollaron las técnicas micromachining plasma-basadas que permiten, por primera vez, la aguafuerte de ión reactiva profunda del titanio a granel.

Él ensambló la universidad de Purdue como profesor adjunto en la escuela de la ingeniería industrial y la escuela de materiales que dirigía (por cortesía) en enero de 2007.

Él se trasladó al departamento de la ingeniería industrial en la Universidad de California, orilla (UCR) en enero de 2009, y es un miembro del profesorado de la base en la ciencia material y el programa de la ingeniería y miembro del profesorado participante en el departamento de la bioingeniería.

Los intereses de la investigación de profesor Rao mienten en el revelado fundamental de habilitar los sistemas microelectromecánicos (MEMS) basaron tecnologías de proceso, los dispositivos, y los instrumentos que dirigen necesidades críticas en salud pública, facilitan pregunta científica, y avance la comprensión en áreas de la importancia médica.

Los esfuerzos actuales se centran sobre todo en el revelado de los microdevices biomédicos para los usos incluyendo la intervención cardiovascular, el lanzamiento mínimo-invasor de la droga, neuroprostheses, y la manipulación celular de la producción ultraalta.

Él tiene authored/co-authored sobre 30 artículos de gorrón y actas de conferencia, tiene 2 concedido y 3 hasta que finalicen patentes, y ha presentado conferencias invitadas en los campos que colocan de compuestos de cerámica a MEMS.

Profesor Rao es un beneficiario de la recompensa de CARRERA del NSF (2013) y es una pieza de la división de ASME MEMS, sociedad de la ingeniería biomédica, sociedad de la investigación de los materiales, ingeniería de IEEE en sociedad del remedio y de la biología, y la sociedad de los dispositivos de electrón de IEEE.

La investigación de profesor Rao es financiada por una variedad de dependencias federales (NIH, NSF, y DoD), así como patrocinadores industriales e internos.

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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