2020 미래 디자인 콘테스트 만들기:의료 부문 우승자 — 오래된 상자에서 벗어난 칩

오래된 상자에서 분리:고통 없는 제세동

메디 라자비, 매튜스 존, 앨리슨 포스트, 에이딘 바바카니 텍사스 심장 연구소(텍사스 휴스턴)

HP 워크스테이션 우승자. 카테고리 스폰서:ZEUS

심장의 무질서한 전기적 활동(부정맥)은 사회 복지에 엄청난 영향을 미칩니다. 돌연사 및 뇌졸중의 가장 큰 원인일 뿐만 아니라 울혈성 심부전(CHF)의 주요 원인이기도 합니다. 부정맥에 대한 가장 확실한 치료법은 심장에 충격을 주는 것입니다(경피 패들 또는 이식형 심장 제세동기(ICD)). 충격은 예측할 수 없고 극도로 고통스러워서 많은 환자에서 PTSD를 유발합니다.

CHF 치료의 초석은 약해진 심장 근육을 강화하기 위해 특수 심장 박동기를 사용하는 심장 재동기화 요법(CRT)입니다. ICD와 심박조율기는 리드라고 하는 전선을 통해 심장에 전기 펄스를 보냅니다. 이 리드는 정맥 내에 배치되고 한쪽 끝은 심장으로 진행되고 다른 쪽 끝은 피부 아래 가슴에 위치한 배터리(또는 "캔")에 연결됩니다. 그러나 리드는 항상 필요한 위치에 배치할 수 없으며 감염 및 골절이 발생하기 쉽습니다.

본 발명은 충격, 리드 및 와이어를 제거할 수 있는 놀라운 가능성을 선명하게 보여주는 작은 실리콘 기반 통합 마이크로칩으로 구성된 소형화, 이식 가능, 무선, 배터리 없는 페이싱 시스템(노드)입니다. 내부 배터리가 필요 없기 때문에 각 노드의 무게는 약 0.09g에 불과합니다. (오늘날 사용하는 일반적인 심박 조율기의 무게는 2-28g입니다.) 기존 프로토타입은 맞춤 제작되지만 그 디자인은 표준 제조 방식으로 쉽게 변환될 수 있습니다.

이 기술은 모든 위치뿐만 아니라 심장의 무제한 위치에 페이싱을 전달할 수 있기 때문에 이 기술은 정교하고 조정된 표적화된 다중 사이트 페이싱 버스트를 통해 감지할 수 없는(통증 없는) 제세동을 전달할 수 있는 잠재력이 있습니다. 유선 시스템을 사용하여 충격 없이 제세동을 수행할 수 있음이 입증되었습니다. 또한 이 기술은 무선으로 구동되는 페이싱 칩(현재까지 의료용으로 승인된 유선 시스템보다 많음)을 사용하여 최대 6개 사이트에서 페이싱되었습니다.

ICD가 있는 모든 환자, 심방세동을 앓고 있는 5백만 명 이상의 미국인, CRT 장치를 사용하는 상당한 부분의 환자가 이 기술의 혜택을 받을 것입니다. 제세동기를 착용한 환자는 더 오래 살 수 있지만 받는 고통 때문에 더 나은 것은 아닙니다. 감지할 수 없는 제세동은 현장의 성배로 남아 있습니다. 이 기술은 1) 골절, 이탈 또는 감염을 유발할 수 있는 리드 와이어가 필요 없기 때문에 더 안전합니다. 2) 필요한 곳에 정확히 배치할 수 있기 때문에 부정맥의 근본 원인을 치료하는 데 더 효과적입니다. 3) 감지할 수 없는 제세동을 제공할 수 있습니다.

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명예:

상처 치유 촉진을 위한 맞춤형 조직 공학 패치

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

이 상처 치유 패치는 상처 부위에 접착제 또는 붕대와 함께 사용됩니다. 패치는 신체에서 발견되는 자연 조직 구조와 유사합니다. 구조는 세포를 지지하는 역할을 하고 세포 성장과 정렬을 안내하며 상처 치유를 가속화하고 흉터를 줄이며 2차 감염을 예방하는 데 도움이 됩니다. 또한 약물 방출 또는 항균 보호 기능을 통합할 수 있습니다.

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eXoutcancer 시스템을 사용한 조기 폐암 검진

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

이 혁신적인 기술을 통해 조기 폐암 검진을 통해 치료 가능성이 더 높은 질병을 진단할 수 있습니다. eXoutcancer 시스템은 나노칩과 기계 학습(ML) 알고리즘에서 파생된 독점 분광 데이터베이스의 조합입니다. 복잡한 분광 데이터는 진단 지문을 개발하기 위해 알고리즘을 통해 분석됩니다.

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편리하고 통증이 없는 혈당 수치 모니터링을 위한 포도당

Ala Eldin Omer, George Shaker, Safieddin Safavi-Naeini(캐나다 온타리오주 워털루 대학교)

이 작고 저렴한 웨어러블 감지 시스템은 마이크로파 센서와 인공 지능을 활용하여 당뇨병 환자가 신체 외부의 체액을 샘플링하지 않고 비침습적으로 혈당 수준을 모니터링할 수 있도록 합니다. 이 장치는 손가락 피부를 통해 작은 파장의 전자기 신호를 보냅니다. 일상적인 사용을 위해 손목이나 손가락에 착용할 수 있는 장치로 구현될 수 있습니다.

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착용 가능한 연속 혈압 모니터

Xina Quan, PyrAmes(캘리포니아주 쿠퍼티노)

이 웨어러블 혈압 모니터링 장치는 비침습적이고 연속적이며 편안하고 무선이며 사용하기 쉽습니다. 그들은 동맥 혈압 변화와 상관 관계가 있는 펄스 파형 신호를 포착하는 피부에 가볍게 접촉하는 종이처럼 얇은 정전 용량 센서를 사용합니다. 이 장치는 신생아부터 89세 이상의 성인에 이르기까지 다양한 환자에게 성공적으로 사용되었습니다.

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• 대상 수상자
• 항공우주 및 방위
• 자동차/운송
• 소비자 제품 디자인
• 전자공학/센서/IOT
• 제조/로봇공학/자동화
• 지속 가능한 기술/미래 에너지