Дети в отделении интенсивной терапии новорожденных (NICU) крошечные, хрупкие и покрыты проволокой. Провода для контроля сердечного ритма, провода для контроля артериального давления, провода для контроля температуры, провода для контроля оксигенации крови. Младенцам трудно размахивать маленькими руками, а родителям еще труднее их трогать, не говоря уже о том, чтобы их поднять.
Связанный контент
- Будет ли это искусственное чрево один день улучшить уход за Preemies?
Теперь, благодаря прогрессу в области материаловедения, эти провода могут в конечном итоге исчезнуть. Исследователи из Северо-Западного университета разработали невероятно тонкие, растягивающиеся электронные пластыри для мониторинга широкого спектра жизненно важных функций и движений тела.
Эти пластыри «имеют большой потенциал, чтобы сделать здравоохранение и реабилитацию человека намного более эффективными и эффективными», - говорит Джон Роджерс, ученый, возглавлявший исследование.
Патчи, которые сейчас проходят испытания на людях, более или менее похожи на временные татуировки. Они созданы, помещая крошечные полупроводниковые чипы на растягиваемую подложку. Подложка имеет волнистые металлические нити, которые позволяют переносить электрические сигналы. Все это использует крошечные антенны для беспроводной передачи информации, поэтому их не нужно прикреплять к каким-либо проводам или трубам. Роджерс называет пластыри «эпидермальной электроникой».
Польза для детей в отделении интенсивной терапии очевидна - в ранних испытаниях эпидермальная электроника полностью не беспокоила одного ребенка, который продолжал отрывать провода от традиционных датчиков. Но выиграть могут не только дети из отделения интенсивной терапии. Роджерс и его команда также испытывают эпидермальную электронику в нескольких различных областях. Одним из направлений является реабилитационная медицина. Начиная с июня, команда Роджерса начнет исследование пациентов с болезнью Паркинсона, которые часто ослабляются из-за непроизвольных толчков. Испытание будет включать в себя размещение участков в разных местах по всему телу субъекта и их использование для измерения мышечной активности и характеристик движения.
«Цель состоит в том, чтобы разработать достаточно точную аналитику, которая позволила бы нам определить действительно раннее начало тремора, охарактеризовать развитие заболевания, а также определить эффективность лекарств», - говорит Роджерс.
Наблюдая за нервно-мышечной активностью пациентов, исследователи могли даже выяснить, основываясь на незначительном увеличении тремора, пропускали ли пациенты свои лекарства.
Та же технология может быть полезна для пациентов, перенесших инсульт, что позволяет врачам отслеживать их прогресс, пока они проходят реабилитацию дома.
Роджерс и его команда также испытывают эпидермальную электронику с различными профессиональными спортивными командами (Роджерс не может сказать, какие именно, но они включают футбольные, бейсбольные и баскетбольные команды). Технология может отслеживать прогресс в обучении, позволяя тренерам, например, видеть, использует ли питчер правильную форму. Он также может отслеживать незначительные изменения в движении, которые сигнализируют об усталости на поле, позволяя тренерам увидеть, когда игрок слишком устал, чтобы играть оптимально, задолго до того, как это станет очевидным для кого-либо еще.
«Идея состоит в том, чтобы спроектировать эти устройства таким образом, чтобы вы могли контролировать частоту сердечных сокращений, механику качки, механику штрафного броска [и многое другое], - говорит Роджерс.
Роджерс работает над гибкой электроникой в течение многих лет. В 2011 году он опубликовал в « Науке» статью с подробным описанием прототипа своих пятен на коже, которые он позже улучшил, чтобы сделать их более долговечными. В 2015 году его лаборатория выпустила версию пластырей, которые могли бы измерять кровоток, а в прошлом году они создали пластырь для анализа пота на биохимические маркеры. В комментарии к работе Роджерса в области науки инженер Чжэньцян Ма писал, что эпидермальная электроника потенциально может решить многие из текущих проблем, связанных с мониторингом состояния здоровья, и «сделать мониторинг более простым, надежным и бесперебойным». Он также писал, что «другие типы электронных скинов с приложениями, выходящими за рамки физиологии, такие как сбор тепла от тела и носимые радиоприемники, также могут указывать на интересные направления для будущей работы».
В то время как Роджерс считается отцом эпидермальной электроники, ряд исследователей работают над продвижением технологии разными способами. Некоторые полагают, что гибкая электроника однажды будет использоваться для приложений вне кожи, таких как кардиостимуляторы, и может даже стать повсеместной в качестве непрерывных мониторов здоровья, постоянно проверяя такие вещи, как уровень кислорода в крови и уровень сахара в крови. Исследователи из Стэнфорда и Массачусетского технологического института в университетах Японии и Швеции работают над различными аспектами гибкой электроники, в том числе делают технологию более компактной и долговечной.
Косметическая компания Laroche-Posay создала пластырь в форме сердца для контроля воздействия ультрафиолета; в настоящее время есть список ожидания для устройства. В отличие от эпидермальной электроники Роджерса, которая передает данные по беспроводной связи, УФ-пластырь работает путем изменения цвета; соответствующее приложение для смартфона считывает изменения цвета и сообщает вам, слишком долго ли вы были на солнце.
По словам Роджерса, после 10 лет работы по созданию эпидермальной электроники оставшиеся проблемы связаны не столько с проектированием, сколько с оптимизацией и безопасностью. Поскольку устройства передают по беспроводной сети, шифрование данных будет проблемой. Роджерс также надеется и дальше развивать устройства, потенциально предоставляя им возможность отбирать биологические жидкости, такие как пот, и проводить химический анализ биомаркеров, которые указывают на здоровье или заболевание. (Роджерс уже проделал работу в этой области). Команда также занимается разработкой устройств для доставки жидкости через кожу, что может быть ненавязчивым способом подачи лекарств.
«Мы настроены довольно оптимистично», - говорит Роджерс. «Есть много вещей, которые мы можем сделать сегодня, и есть большой потенциал для дополнительных вещей в будущем».
