Research

Please find below information on some projects conducted under BOUNtenna.

İskelet Kası Dokusu ile Harekete Geçen Mikro Anahtar (BAP-M)

(In-progress)

Abstract

Employing living cells is emerging as a novel means to operate microdevices. We have previously demonstrated that engineered bacteria can be used to reconfigure antennas. The project proposed here aims to expand on this work by employing a novel cell type and mechanism to actuate a miniature switch.

The new biohybrid switch will be composed of (1) a 3D-printed microwell studded with two pillars and a beam, (2) a conductive coating covering the top surface of the beam and microwell, and (3) 3D muscle tissue grown from precursor cell-laden hydrogel. Muscle tissue will both sense the chemical within the medium and operate the switch via its contractile response. Stimulant (acetylcholine)-induced muscle contraction will deflect the compliant pillars and beam, and break the closed circuit formed by the conductive coating. Thus, the proposed biohybrid device will enable the control of a switch in response to a chemical owing to the biosensing and actuating capabilities of muscle tissue.
In future studies, we plan to improve the microswitch by integrating (1) genetically engineered muscle cells that respond to non-native agonists such as biomarkers for disease states or infection and (2) an antenna reconfigurable with the contractile response of muscle tissue. We envision these advances will ultimately lead to implantable biohybrid devices that monitor potential infections and inflammation in the human body and report to wearable devices.

 

DIAMOND - Development of Intelligent and Advanced Implants made of Nanostructured Ti-13Nb- 13Zr Alloy (IRASME)

(In-progress)

Abstract

The project aims to bring a smart implant into the market and it requires innovative steps taken by each partner in areas, such as implementing a new alloy to improve the mechanical and biological properties of orthopedic implants, development of nanostructured surfaces to stimulate bone cell adhesion and inhibit bacterial colonization, design of a sensor system to prevent mechanical overloading. It involves significant technical risks for each partner as indicated by IraSME call. The work packages are designed to boost the link between partners and initiate future collaborations.

 

Canlı Hücrelerle Manipüle Edilen Antenler (Tübitak Bideb 2247-A)

(In-progress)

Özetçe

Antenlerin ışıma örüntüsünün veya çalışma frekansının yeniden yapılandırılması, üzerinde bolca çalışılmış bir araştırma alanıdır. Fakat şimdiye kadar, canlı hücreler (bakteriyel veya memeli) kullanılarak yeniden yapılandırma önerilmemiştir. Burada, biyobozunur malzemelerle basılmış ve genetiği değiştirilmiş bakterilerin biyofilmiyle kontrol edilen bir pasif implant anten ve onu takip eden giyilebilir bir anten sistemi önerilmektedir. Bu sistem, nano ölçekte iletişim kuran yapılar ile insan ölçeğinde çalışan elektronik cihazlar arasında ağ geçidi olarak kullanılacaktır. Moleküler Nano İletişim Ağları (MNCN) ile Beden Alan Ağları (BAN) arasında bir köprü olacak olan bu ağ geçidinin nihai hedefi beden içinde gerçekleşen olayların gerçek zamanlı izlenmesini sağlamaktır. 

AntennAlive, anten tasarımının genetiği değiştirilmiş hücrelerle buluştuğu yepyeni bir araştırma alanını başlatacak, çığır açan bir öneridir.

MNCN'ler, insan bedeni içinde mesaj taşımak için kullanılır. Bununla birlikte, bir mesajın BAN'a ulaşması için, moleküler bağlantı ile elektromanyetik bağlantı arasında bir dönüşüm gereklidir. Bu bağlantılar çeşitli araştırma grupları tarafından ayrı ayrı araştırılmıştır, ancak aralarındaki fiziksel arayüz halen kurgusal olup gerçeklenememiştir. Bu dönüşümün nano algılama kabiliyetine sahip, beden içine implante edilmiş aktif mikrodalga cihazlarla başarılacağı bu gruplar arasında popüler bir öngörüdür. AntennAlive bu öngörünün aksine, batarya gerektirmeyen, yarı canlı pasif bir cihaz önererek MNCN'leri in-vivo demonstrasyona bir adım daha yaklaştırmayı hedeflemektedir.

Burada genetiği değiştirilmiş bakteriler tartışılmış olsa da, önerilen konsept bakteriyel hücrelerle sınırlı değildir. Öneri, kasılmaların ve gevşemelerin anteni yeniden yapılandırdığı genetiği değiştirilmiş kas dokusu gibi diğer genetiği değiştirilmiş hücrelere genişletilebilir.

 

FRagRAnt: Frequency and Radiation Pattern Reconfigurable Antennas (BAP-SUP)

(Finalized)

Özetçe

Sağlık Nesnelerinin Interneti (IoHT) sağlık hizmetini alış şeklimizi değiştirmeye aday bir teknoloji olmakla beraber artık olgunlaşmaya başlamış bazı teknolojileri de içine alarak hızlı gelişimini sürdürmektedir. IoHT’yi oluşturan sağlık nesnelerinin büyük bir kısmını; sağlık hizmetlerini hastane dışına da yayarak hem hastaların daha kaliteli hizmet almasını sağlayacak hem de sağlık sağlayıcısının harcamalarını azaltacak olan, giyilebilir ve insan bedenine implant edilebilir medikal cihazlar oluşturmaktadır. Giyilebilir medikal cihazların kullanımı hızla artmaktadır ve artmaya devam edeceği öngörülmektedir . Yakın gelecekte insanların fiziksel bedenlerini bu nesnelerle bir bütün olarak göreceğimiz aşikârdır. 

Giyilebilir cihazlarda anten tasarımı çok zorlu bir iştir ve birkaç problemi içinde barındırır. Yayılım kanallarının dinamik olması ve farklı sağlık nesnelerinin kurduğu bağlantıların anten isterlerinin farklı ve bazen çelişkili olması güvenilir bağlantılar kurulmasında birincil engeldir. Bu noktada ağ performansını iyileştirmek için ışıma örüntüsü şekillendirilebilmesi mantıklı bir çözüm olarak görülebilir . 

Giyilebilir antenlerde karşımıza çıkan bir diğer problem ise elektromanyetik dalgaları sönümleyici özelliğe sahip insan bedeninin, giyilebilir antenlerin yakın alanında bulunması ve antenle etkileşmesidir. Üstelik bahsi geçen etkileşim farklı kişilerde veya bedenin farklı bölgelerinde değişmektedir. Bu durum antenin tınlaşım frekansı önceden öngörülemez şekilde kaymaktadır. Bu problemin çözümü ise ayarlanabilir frekanslı antenler olabilir. 

Fakat giyilebilir cihazların boyutlarının küçük olması ve sınırlı enerji kaynağına sahip olmaları, bu amaçları gerçeklerken ihtiyaç duyulacak karışık donanım ve yoğun hesaplamanın önündeki besbelli engellerdir. Unutulmamalıdır ki bu engellere rağmen ışıma örüntüsü şekillendirme ve frekans ayarlama başarılırsa, sistem performansının yanı sıra girişim reddi de artırılabilir. 

Bu projede; ışıma örüntüsünü şekillendirebilen ve operasyon frekansı ayarlanabilen antenlerin tasarımı hedeflenmektedir. Yapılacak olan anten tasarımları ideal test ortamında test edildikten sonra fiziksel fantom üzerinde test edilecektir.