医用生体工学：頭蓋内信号のワイヤレスモニタリング向けの注射可能な超音波センサー

頭蓋内の生理機能の直接的な精密モニタリングは、損傷の画定、予後予測、疾病回避において大変重要である。経皮的リードを用いる有線医療機器は、正確だが感染症を起こしやすく、患者の可動性の制約になりやすく、抜去時に外科合併症を起こす可能性がある。ワイヤレスの埋め込み型デバイスは、操作の自由度が高くなるものの、人体内では検出範囲が限られ、分解性が不十分で、小型化が困難である、といった問題がある。今回我々は、頭蓋内信号の超音波モニタリング向けの、注射可能な生体吸収性ワイヤレスメタ構造ヒドロゲル（メタゲル）センサーを提示する。このメタゲルセンサーは、サイズが2 × 2 × 2 mm³の立方体で、生分解性で刺激応答性のヒドロゲルと、特定の音響反射スペクトルを示す周期的に整列した気柱の両方を備えている。このメタゲルは、穿刺針で頭蓋内空間に埋め込まれると、生理的環境変化に応答して変形し、反射超音波のピーク周波数をシフトさせ、この周波数シフトを外部超音波プローブによってワイヤレスで測定することができる。今回のメタゲルセンサーは、頭蓋内の圧力、温度、pH、流量を独立して検出でき、10 cmの検出深さを実現できて、18週間以内にほぼ完全に分解可能である。ラットとブタでの動物実験では、従来の非吸収性有線臨床ベンチマークと同等の有望なマルチパラメーターセンシング性能が示された。

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