Применение беспроводных датчиков связано со многими проблемами, включая размер импланта, биосовместимость и дальность связи. Чтобы преодолеть эти препятствия, команда разработала небольшой инъекционный беспроводной ультразвуковой датчик, который естественным образом разлагается в организме через определенный период времени. Сенсор на основе метагеля использует передовую технологию акустического метаматериала и имеет размер всего 2×2×2 кубических миллиметра, как семя кунжута. Посредством внешнего ультразвукового датчика он может без проводов отслеживать изменения физиологических параметров.
Миниатюрные датчики вживляются в полость черепа с помощью пункционной иглы. Они реагируют на изменения физиологической среды, вызывая сдвиги пиковой частоты отраженных ультразвуковых волн. Эти сдвиги частоты затем измеряются бесконтактным путем с помощью внешнего ультразвукового датчика. Изменения формы гелевого датчика, содержащего маленькие отверстия или воздушные столбики, позволяют внешнему ультразвуковому зонду улавливать изменения физической среды внутри мозга.
Один гелевый датчик может независимо измерять определенный параметр, например, температуру или pH, в зависимости от материала, из которого он изготовлен. Для измерения разных параметров можно вставить одновременно несколько гелей.
Гелевые датчики могут быть обнаружены внешним ультразвуковым зондом на расстоянии более 10 см, что позволяет проводить тщательную диагностику ткани головного мозга.
Исследователи испытали датчики на крысах и свиньях, вживляя их рядом с проводными клиническими зондами для сравнения результатов измерения. Во время симуляции внутричерепного давления у крысы путем сдавливания брюшной полости, команда обнаружила, что метагель превзошел клинический зонд по разрешению давления и точности по времени. Метагель также регистрировал изменения температуры по аналогии с коммерческим проводным устройством. Кроме того, ученые обнаружили черепно-мозговую травму у крыс с помощью метагелей.
Для более точного моделирования поведения гелей в организме человека, исследователи также вживили их в мозг свиньи наряду с клиническим зондом и устройством, помещенным в позвоночник животного для измерения и контроля внутричерепного давления.
Команда обнаружила, что метагель не только безошибочно фиксирует изменения давления, превосходя клинический зонд по точности и разрешению, но также улавливает изменения давления, вызванные дыханием свиньи. Клиническое устройство не смогло зафиксировать такие закономерности.
Гелевые сенсоры команды начинают разрушаться через пять недель, однако при необходимости их можно спроектировать для работы в течение более длительного периода времени. Беспроводная и биоразлагаемая конструкция означает, что пациентам, перенесшим лечение рака или получившим травму головного мозга и нуждающимся в размещении датчиков в черепе для мониторинга, больше не придется проходить дополнительные операции по их удалению. Это также предотвратит риск заражения, который возникает из-за отверстий в коже, оставленных проводными клиническими зондами для передачи данных.
