Designwettbewerb „Create the Future“ 2020:Gewinner in der Kategorie „Medizin“ – Ein Chip von der alten Schachtel

EIN CHIP VON DER ALTEN BOX:SCHMERZLOSE DEFIBRILLATION

Mehdi Razavi, Mathews John, Allison Post und Aydin Babakhani Texas Heart Institute (Houston, TX)

Gewinner einer HP Workstation; Kategorie-Sponsor:ZEUS

Die chaotische elektrische Aktivität des Herzens (Arrhythmie) hat einen enormen Einfluss auf das Wohlbefinden der Gesellschaft:Sie ist nicht nur die häufigste Ursache für plötzlichen Tod und Schlaganfall, sondern trägt auch maßgeblich zur kongestiven Herzinsuffizienz (CHF) bei. Die definitivste Behandlung für Arrhythmie ist die Schockabgabe des Herzens (entweder durch transkutane Paddles oder implantierbare Herzdefibrillatoren (ICDs). Schocks sind sowohl unvorhersehbar als auch äußerst schmerzhaft und führen bei einem hohen Anteil der Patienten zu PTBS.

Ein Eckpfeiler für die Behandlung von CHF ist die kardiale Resynchronisationstherapie (CRT), bei der ein spezialisierter Schrittmacher verwendet wird, um den geschwächten Herzmuskel zu stärken. ICDs und Herzschrittmacher senden elektrische Impulse über Drähte, sogenannte Elektroden, an das Herz. Diese Elektroden werden in den Venen platziert und an einem Ende in das Herz vorgeschoben und am anderen Ende mit einer Batterie (oder „Dose“) verbunden, die in der Brust unter der Haut platziert wird. Elektroden können jedoch nicht immer dort platziert werden, wo sie benötigt werden, und sie sind anfällig für Infektionen und Brüche.

Die Erfindung ist ein miniaturisiertes, implantierbares, drahtloses, batterieloses Schrittmachersystem (Knoten), das aus winzigen integrierten Mikrochips auf Siliziumbasis besteht, das die bemerkenswerte Möglichkeit, Schocks, Leitungen und Drähte zu eliminieren, in den Fokus rückt. Jeder Knoten wiegt nur etwa 0,09 Gramm, da er keine internen Batterien benötigt. (Gebräuchliche Herzschrittmacher, die heute verwendet werden, wiegen 2–28 Gramm.) Die bestehenden Prototypen werden kundenspezifisch hergestellt, aber ihre Designs lassen sich leicht auf Standardherstellungspraktiken übertragen.

Da die Stimulation nicht nur an jedem Ort, sondern an einer unbegrenzten Anzahl von Stellen am Herzen erfolgen kann, hat diese Technologie das Potenzial, eine nicht wahrnehmbare (schmerzlose) Defibrillation durch ausgeklügelte, koordinierte und gezielte Stimulationsstöße an mehreren Stellen zu liefern. Die Machbarkeit einer Defibrillation ohne die Notwendigkeit von Schocks wurde mit einem kabelgebundenen System demonstriert. Die Technologie stimulierte auch von bis zu sechs verschiedenen Standorten unter Verwendung dieser drahtlos betriebenen Stimulationschips (mehr als jedes bisher für medizinische Zwecke zugelassene kabelgebundene System).

Alle Patienten mit ICDs, mehr als 5 Millionen Amerikaner, die mit Vorhofflimmern leben, und ein erheblicher Teil der Patienten mit CRT-Geräten werden von dieser Technologie profitieren. Patienten mit Defibrillatoren leben zwar länger, aber aufgrund der schmerzhaften Schocks, die sie erhalten, nicht unbedingt besser. Unmerkliche Defibrillation ist der heilige Gral des Feldes geblieben. Diese Technologie ist:1) sicherer, da keine Leitungsdrähte benötigt werden, die brechen, sich lösen oder Infektionen verursachen können; 2) wirksamer bei der Behandlung der zugrunde liegenden Ursache von Arrhythmien, da sie genau dort platziert werden können, wo sie benötigt werden; und 3) in der Lage, eine nicht wahrnehmbare Defibrillation zu liefern.

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LOHNENDE ERWÄHNUNGEN:

Anpassbare Tissue Engineering Patches für beschleunigte Wundheilung

Samarender Nagam Hanumantharao, Carolynn Que und Smitha Rao (Michigan Tech, Houghton, MI)

Dieses Wundheilungspflaster wird mit Klebstoffen oder Verbänden an der Wundstelle verwendet. Die Patches ähneln der natürlichen Gewebestruktur im Körper. Die Strukturen wirken als Stützen für die Zellen, steuern das Zellwachstum und die Zellausrichtung und helfen bei der Beschleunigung der Wundheilung, der Verringerung der Narbenbildung und der Verhinderung von Sekundärinfektionen. Sie können auch eine Wirkstofffreisetzung oder einen antibakteriellen Schutz beinhalten.

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Frühere Lungenkrebsvorsorge mit dem eXoutcancer-System

Sumita T. Jonak, Brian D'Souza und Abhinav Chandra (UCLA Anderson, Los Angeles, CA)

Diese revolutionäre Technologie ermöglicht ein früheres Lungenkrebs-Screening, um die Krankheit zu diagnostizieren, wenn sie besser behandelbar ist. Das eXoutcancer-System ist eine Kombination aus einem Nanochip und einer proprietären spektroskopischen Datenbank, die von einem Algorithmus für maschinelles Lernen (ML) abgeleitet wurde. Die komplexen spektroskopischen Daten werden über den Algorithmus analysiert, um einen diagnostischen Fingerabdruck zu entwickeln.

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Glucowaves zur bequemen, schmerzfreien Überwachung des Blutzuckerspiegels

Ala Eldin Omer, George Shaker und Safieddin Safavi-Naeini (University of Waterloo, Ontario, Kanada)

Dieses kompakte, kostengünstige, tragbare Sensorsystem nutzt Mikrowellensensoren und künstliche Intelligenz, um es Diabetikern zu ermöglichen, ihren Blutzuckerspiegel nicht-invasiv zu überwachen, ohne Flüssigkeit außerhalb des Körpers entnehmen zu müssen. Das Gerät sendet elektromagnetische Signale kleiner Wellenlängen durch die Fingerhaut. Das Gerät kann als Wearable um das Handgelenk oder den Finger für den täglichen Gebrauch realisiert werden.

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Tragbare kontinuierliche Blutdruckmessgeräte

Xina Quan, PyrAmes (Cupertino, CA)

Diese tragbaren Blutdruckmessgeräte sind nicht-invasiv, kontinuierlich, komfortabel, drahtlos und einfach zu bedienen. Sie verwenden hauchdünne kapazitive Sensoren, die die Haut leicht berühren und ein Pulswellenformsignal aufnehmen, das mit arteriellen Blutdruckänderungen korreliert. Die Geräte wurden erfolgreich bei Patienten von Neugeborenen bis zu Erwachsenen über 89 Jahren eingesetzt.

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Sehen Sie sich die restlichen diesjährigen Gewinner an:

• GEWINNER DES HAUPTPREISES
• LUFTFAHRT &VERTEIDIGUNG
• AUTOMATIK/TRANSPORT
• VERBRAUCHERPRODUKTDESIGN
• ELEKTRONIK/SENSOREN/IOT
• FERTIGUNG/ROBOTIK/AUTOMATION
• NACHHALTIGE TECHNOLOGIEN/ENERGIE DER ZUKUNFT