Noile dispozitive, personalizate pentru a se potrivi persoanelor, ar putea aduce îmbunătățiri masive în monitorizarea și tratamentul bolilor. Dar și pentru testarea de noi medicamente și capacitatea de a urmări sănătatea personală.
Senzorii portabil care pot monitoriza totul, de la numărul de pași la ritmul cardiac, sunt aproape omniprezenți. Dar pentru scenarii precum măsurarea apariției fragilității la adulții în vârstă, diagnosticarea promptă a bolilor mortale sunt necesare dispozitive medicale. Precum și pentru testarea eficacității noilor medicamente sau urmărirea performanței sportivilor profesioniști.
Inginerii de la University of Arizona au dezvoltat un tip de material portabil pe care îl numesc „dispozitiv biosimbiotic”. Acesta are mai multe beneficii fără precedent. Dispozitivele sunt printate 3-D personalizate și se bazează pe scanările corporale ale utilizatorilor. Pot funcționa continuu utilizând o combinație de transfer wireless de energie și stocare compactă a energiei.
Echipa, condusă de profesorul de inginerie biomedicală Philipp Gutruf și Craig M. Berge, membru al College of Engineering al aceleiași universități, și-a publicat în octombrie concluziile în revista Science Advances. „Nu există nimic de genul acesta până acum”, a subliniat Philipp Gutruf, membru al BIO5 Institute al universității. „Introducem un concept complet nou de a adapta un dispozitiv direct unei persoane. Utilizam dispozitivul de turnare wireless pentru a permite dispozitivului să funcționeze 24/7 fără a fi nevoie să se reîncarce vreodată.”
Adaptarea personalizată permite monitorizarea precisă Senzorii portabili curenți se confruntă cu diferite limitări. Ceasurile inteligente, de exemplu, trebuie încărcate și pot colecta cantități limitate de date doar datorită plasării lor pe încheietura mâinii.
Se flosesc scanări 3-D ale corpului unui purtător, colectate prin IRM-uri, scanări CT și chiar imagini combinate cu atenție pentru smartphone. Philipp Gutruf și echipa sa pot printa 3-D dispozitive personalizate care înfășoară diferite părți ale corpului.
Gândiți-vă la o manșetă din plasă practic neobservabilă, ușoară, respirabilă, concepută special pentru biceps, gambă sau trunchi. Abilitatea de a specializa plasarea senzorilor permite cercetătorilor să măsoare parametrii fiziologici pe care altfel nu i-ar putea măsura.
„Dacă doriți ceva aproape de temperatura corpului în mod continuu, de exemplu, ați dori să plasați senzorul în axilă. Dispozitivul poate realiza acest lucru”, precizează doctorandul în inginerie biomedicalăTucker Stuart, primul autor al lucrării.
„Datorită modului în care fabricăm dispozitivul și îl atașăm la corp, îl putem folosi pentru a colecta date. Un dispozitiv portabil tradițional, montat la încheietura mâinii, nu ar putea să le colecteze”.
Deoarece aceste dispozitive biosimbiotice sunt personalizate pentru purtător, sunt, de asemenea, extrem de sensibile. Echipa lui Philipp Gutruf a testat capacitatea dispozitivului de a monitoriza parametrii, inclusiv temperatura și tensiunea. În timp ce o persoană a sărit, a mers pe o banda de alergat și a folosit un aparat de vâslit.
În testul mașinii de canotaj, subiecții au purtat mai multe dispozitive, au urmărit intensitatea exercițiilor și modul în care mușchii s-au deformat. Dispozitivele au fost suficient de precise pentru a detecta modificările de temperatură ale corpului induse de mersul pe un singur rând de scări.
Continuu, wireless și fără efort
Philipp Gutruf și echipa sa nu sunt primii care adaptează portabilele pentru a urmări sănătatea și funcționarea corpului.
Dispozitivele portabile actuale nu au capacitatea de a urmări metricile în mod continuu pentru a permite concluzii semnificative din punct de vedere medical. Unele articole portabile utilizate de cercetători sunt plasturi care se lipesc de piele. Dar aceștia se desprind atunci când pielea trece prin procesul normal de descuamare sau, uneori, atunci când un subiect transpiră.
Chiar și articolele portabile extrem de sofisticate utilizate în setările clinice, cum ar fi monitoarele ECG, se confruntă cu aceste probleme. De asemenea, nu sunt wireless, ceea ce le limitează sever mobilitatea. Pacienții nu își pot desfășura rutina zilnică normală dacă sunt legați de dispozitive externe voluminoase.
Dispozitivul biosimbiotic introdus de echipa lui Philipp Gutruf nu folosește adeziv. Acesta își primește puterea de la un sistem wireless cu o rază de acțiune de câțiva metri. Dispozitivul include și o mică unitate de stocare a energiei. Funcționează chiar dacă purtătorul iese din raza de acțiune sistemului, inclusiv din casă.
„Aceste dispozitive sunt proiectate să nu necesite nicio interacțiune cu purtătorul”, subliniază Philipp Gutruf. „Este cât se poate de simplu să pornești dispozitivul. Apoi uiți de el și el își face treaba.”
Această cercetare a fost finanțată de Programul Pilot al Fundației Flinn Translational Bioscience Seed Grants. Echipa a lucrat și cu Tech Launch Arizona, pentru a proteja proprietatea intelectuală și a aduce tehnologia pe piață.
