Dzieci na oddziale intensywnej terapii noworodków (NICU) są małe, delikatne i pokryte drutami. Przewody do monitorowania tętna, przewody do monitorowania ciśnienia krwi, przewody do monitorowania temperatury, przewody do monitorowania natlenienia krwi. Utrudnia dzieciom machanie rękoma, a rodzicom jeszcze trudniej je dotknąć, a co dopiero je podnieść.
powiązana zawartość
- Czy to sztuczne łono kiedyś poprawi opiekę nad wrogami?
Teraz, dzięki postępowi w nauce o materiałach, druty te mogą ostatecznie zniknąć. Naukowcy z Northwestern University opracowali niezwykle cienkie, rozciągliwe łatki elektroniczne do monitorowania szerokiej gamy oznak czynności życiowych i ruchów ciała.
Te łatki „mają duży potencjał, aby uczynić ludzką opiekę zdrowotną i rehabilitację znacznie bardziej wydajnymi i skutecznymi”, mówi John Rogers, naukowcy, którzy prowadzili badania.
Plastry, które są obecnie w fazie testów na ludziach, wyglądają mniej więcej jak tymczasowe tatuaże. Są one tworzone przez umieszczenie niewielkich układów półprzewodnikowych na rozciągliwym podłożu. Podłoże jest osadzone falistymi wzorami metalowych włókien, które umożliwiają przenoszenie sygnałów elektrycznych. Całość wykorzystuje małe anteny do bezprzewodowego przesyłania informacji, więc nie trzeba ich podłączać do żadnych przewodów ani rurek. Rogers nazywa plastry „naskórkową elektroniką”.
Korzyści dla dzieci przebywających na OIOM-ie są oczywiste - we wczesnych badaniach jedno dziecko, które wciąż odrywało przewody tradycyjnych czujników, było całkowicie zaniepokojone elektroniką naskórkową. Ale nie tylko dzieci NICU mogą zyskać. Rogers i jego zespół testują także elektronikę naskórkową w kilku różnych obszarach. Jednym z obszarów jest medycyna rehabilitacyjna. Od czerwca zespół Rogersa rozpocznie badanie pacjentów z chorobą Parkinsona, którzy często są osłabieni przez mimowolne drżenie. Badanie będzie polegało na umieszczeniu plastrów w różnych miejscach na całym ciele pacjenta i użyciu ich do pomiaru aktywności mięśni i charakterystyki ruchu.
„Celem jest opracowanie wystarczająco precyzyjnych danych analitycznych, które pozwoliłyby nam ustalić naprawdę wczesny początek drżenia, scharakteryzować rozwój choroby, a także określić skuteczność leków”, mówi Rogers.
Monitorując aktywność nerwowo-mięśniową pacjentów, badacze mogli nawet dowiedzieć się, na podstawie niewielkich wzrostów drżenia, czy pacjenci pomijali leki.
Ta sama technologia może być przydatna dla pacjentów po udarze, umożliwiając lekarzom śledzenie ich postępów podczas rehabilitacji w domu.
Rogers i jego zespół testują także naskórkową elektronikę z różnymi profesjonalnymi drużynami sportowymi (Rogers nie może powiedzieć, które z nich, ale obejmują drużyny piłkarskie, baseballowe i koszykarskie). Technologia ta może śledzić postępy treningów, pozwalając trenerom zobaczyć na przykład, czy miotacz używa prawidłowej formy. Może również monitorować niewielkie zmiany w ruchu, które sygnalizują zmęczenie na boisku, pozwalając trenerom zobaczyć, kiedy zawodnik staje się zbyt zmęczony, aby grać optymalnie, na długo zanim stanie się to oczywiste dla kogokolwiek innego.
„Chodzi o to, aby zaprojektować te urządzenia w taki sposób, aby można było monitorować tętno, mechanikę rzutów, mechanikę rzutów wolnych [i więcej]”, mówi Rogers.
Rogers od lat pracuje nad elastyczną technologią elektroniki. W 2011 r. Opublikował artykuł w Science, w którym szczegółowo opisał prototyp swoich plastrów skóry, które później udoskonalił, aby były bardziej trwałe. W 2015 roku jego laboratorium wyszło z wersją plastrów, które mogą mierzyć przepływ krwi, podczas gdy w zeszłym roku stworzyli łatkę do analizy potu pod kątem markerów biochemicznych. W komentarzu do pracy Rogersa w nauce inżynier Zhenqiang Ma napisał, że naskórkowa elektronika może potencjalnie rozwiązać wiele obecnych problemów z monitorowaniem stanu zdrowia i „pozwolić, aby monitorowanie było prostsze, bardziej niezawodne i nieprzerwane”. Napisał również, że „inne rodzaje skór elektronicznych o zastosowaniach poza fizjologią, takie jak zbieranie ciepła z ciała i radia do noszenia, mogą również wskazywać ciekawe kierunki przyszłych prac”.
Podczas gdy Rogers jest uważany za ojca elektroniki naskórkowej, wielu badaczy pracuje nad rozwojem technologii na wiele sposobów. Niektórzy uważają, że elastyczna elektronika zostanie kiedyś użyta do zastosowań poza skórą, takich jak rozruszniki serca, a może nawet stać się wszechobecna jako ciągłe monitory zdrowia, stale sprawdzające takie rzeczy, jak poziom tlenu we krwi i poziom cukru we krwi. Naukowcy ze Stanford, MIT i uniwersytetów w Japonii i Szwecji pracują nad różnymi aspektami elastycznej elektroniki, w tym nad zmniejszeniem technologii i zwiększeniem jej trwałości.
Firma kosmetyczna Laroche-Posay stworzyła plaster w kształcie serca do monitorowania ekspozycji na promieniowanie UV; obecnie jest lista oczekujących na urządzenie. W przeciwieństwie do naskórkowej elektroniki Rogersa, która przesyła dane bezprzewodowo, łatka UV działa poprzez zmianę koloru; odpowiednia aplikacja na smartfony odczytuje zmiany kolorów i informuje, jeśli zbyt długo przebywałeś na słońcu.
Rogers twierdzi, że po 10 latach pracy nad elektroniką naskórkową pozostałe wyzwania dotyczą mniej inżynierii niż optymalizacji i bezpieczeństwa. Ponieważ urządzenia przesyłają bezprzewodowo, szyfrowanie danych będzie problemem. Rogers ma również nadzieję na dalszy rozwój tych urządzeń, potencjalnie dając im możliwość próbkowania biopłynów, takich jak pot i analizy chemicznej biomarkerów wskazujących na zdrowie lub chorobę. (Rogers już wykonał prace w tej dziedzinie) Zespół szuka również urządzeń do dostarczania płynów przez skórę, co może być dyskretnym sposobem podawania leków.
„Jesteśmy dość optymistyczni” - mówi Rogers. „Dzisiaj jest wiele rzeczy, które możemy zrobić, i istnieje duży potencjał na dodatkowe rzeczy w przyszłości.”
