Kannettavan elektroniikan ympärillä on nykyään paljon hälinää - esimerkiksi Google on laajentumassa silmälasiliiketoimintaan, kun taas muut yritykset etsivät osuuttaan markkinoista korkean teknologian leikkeillä ja kelloilla, jotka seuraavat mitä syöt ja miten liikut .
Asiaan liittyvä sisältö
- Irlantilainen kardiologi, jonka keksintö pelasti LBJ: n
- Kehossa sulava elektroniikka voi muuttaa lääketieteen maailmaa
Mutta mikään niistä ei ole etäyhteyden tapainen, kuten mitä John Rogers, Smithsonian American Ingenuity -palkinnon voittaja fysiikassa 2013 kehittää. Hänen laitteensa on suunniteltu paitsi sopimaan kuin hansikas, myös ehkä joskus pelastaa käyttäjän elämän.
Materiaalitieteilijä ja hänen Urbana-Champaignissa sijaitsevan Illinoisin yliopiston opiskelijatiiminsä ovat onnistuneesti testanneet sen, mitä parhaiten kuvataan sydämen sukkaksi. Laite, joka on sovitettu koko sydämen pinta-alalle, koostuu sarjasta antureita, joilla seurataan häpeättömällä tarkkuudella tämän elintärkeimmän elimen toimintaa. Jos se havaitsee huolestuttavan poikkeavuuden, se voi välittää tietoja lääketieteen ammattilaisille; hätätilanteessa, kuten sydänkohtauksen aikana, se voi puuttua jopa antamalla elektrodin indusoiman pulssin.
Normaalisti sydän pumppaa tavalla, joka on niin tehokasta, että tuskin huomaa sen toimivan. Mutta niille, joilla on sydämen rytmihäiriöt, synkronoimattomat sydämen supistukset voivat olla heikentäviä - aiheuttaen huimausta, heikkoutta, oksentelua ja rintakipua, niille, joilla on rytmihäiriöitä - tai joissain tapauksissa tappavia. Ajan myötä rytmiset epäsäännöllisyydet voivat aiheuttaa verihyytymiä (jotka joskus johtavat aivohalvauksiin) ja ääritapauksissa sydämenpysähdyksen.
Lääkärit voivat yleensä määrätä lääkkeitä tällaisten ongelmien korjaamiseksi. Mutta joissakin tapauksissa potilaiden on käännyttävä kirurgisiin toimenpiteisiin, kuten sydämentahdistimiin tai defibrillaattori-implantteihin. Ja vaikka nämä laitteet toimivat tarpeeksi, mekanismi, jota he käyttävät ihmisen sykkeen säätelemiseen, on oikeastaan melko karkea. Defibrillaattori-implanttien kanssa pari elektrodien on sijoitettu sydämen kammion sisään. Aina kun havaitaan henkeä uhkaava rytmihäiriö, defibrillaattori lähettää sähköiskun, joka kiertää sydämen takaisin normaaliin rytmiin. Rogers sanoo, että lähestymistavan ongelma on se, että toisesta sydämen alueelta peräisin oleva toiminta voi erehdyksessä laukaista tuskallisen iskun, kun siihen ei oikeastaan ole tarvetta.
Rogersin laite sulkee sydämen paljon hienostuneempaan aistijärjestelmään, joka pystyy osoittamaan tarkalleen missä rytminen epäsäännöllisyys tapahtuu. Tietyssä mielessä se toimii kuin sekundaarisen ihon hermostot.
"Halusimme valjastaa piiritekniikan täyden voiman", sanoo Rogers laitteesta, jonka valmistus on kaksi ja puoli vuotta. "Monien elektrodien avulla laite voi vauhdittaa ja stimuloida kohdennetummin. . Lämmön tai pulssien toimittaminen tiettyihin paikkoihin ja sen tekeminen riittävän riittävinä mitattavissa annoksissa on tärkeää, koska tarvittavan määrän lisääminen ei ole vain tuskallista, vaan voi vahingoittaa sydäntä. "
Tämä vaiheittainen kaavio kuvaa kuinka sydänlaite luotiin. (Illinoisin yliopisto ja Washingtonin yliopisto) Sydänsukan joustavuus mahdollistaa sydämen hätäimplanttinsa lisäksi myös joukon muita elektronisia ja ei-elektronisia antureita, jotka voivat seurata kalsium-, kalium- ja natriumpitoisuutta - sydämen terveyden tärkeimpiä indikaattoreita. Kalvo voidaan myös ohjelmoida seuraamaan mekaanisen paineen, lämpötilan ja pH-tason (happamuus) muutoksia, jotka kaikki voisivat auttaa ilmoittamaan lähestyvästä sydänkohtauksesta.
Prototyyppikuoren valmistamiseksi tutkijat skannasivat ensin ja 3D: lle kanin sydämen muovimallin. Sitten he järjestivät muotin päälle 68 pienestä elektronisesta anturista koostuvan rainan, päällystäen sen kerroksella FDA-hyväksyttyä silikonikumia. Kumisarjan jälkeen Rogersin laboratorion avustajat kuorivat pois mittatilaustyönä valmistetun polymeerin.
Kalvon testaamiseksi tutkijat käärivät sen todellisen kanin sydämen ympärille, koukussa mekaaniseen pumppuun. Ryhmä suunnitteli laitteen olevan hiukan pienempi kuin varsinainen elin antamaan sille lempeän, hansikkomaisen.
"Tässä on hankala asia", Rogers sanoo, että kalvo on mitoitettava siten, että se pystyy luomaan juuri tarpeeksi painetta pitämään elektrodit riittävän kosketuksessa pintaan. Liian kova painallus saa sydämen reagoimaan sisään negatiivisella tavalla. "
"Sen täytyy sopia aivan oikein", hän lisää.
Kuten Princetonin yliopiston mekaaninen insinööri Michael McAlpine, joka ei ollut mukana tutkimuksessa, kertoi tutkijalle : " Uutta ja vaikuttavaa on se, että he ovat integroineet useita erilaisia toimintoja kalvoon, joka kattaa koko sydämen pinnan. "Antureiden leviäminen tarjoaa korkean spatiaalisen resoluution sydämen tarkkailuun ja tarjoaa paremman hallinnan stimulaation suhteen."
Joten mitä kestää tämä läpimurto siirtyäkseen laboratoriosta potilaaseen? Rogers arvioi ainakin vielä yhden vuosikymmenen kehitystä, ennen kuin joku voisi olla valmis lääketieteellisille markkinoille. Sillä välin hän aikoo jatkaa yhteistyötä Washingtonin yliopiston biolääketieteen insinöörin Igor Efimovin kanssa tarkentaakseen konseptin käytännölliseksi, turvalliseksi ja luotettavaksi tekniikaksi.
Yksi tärkeä este on selville kuinka saada kalvo voimaan ilman tavanomaisia paristoja. Tällä hetkellä Rogers ja hänen tiiminsä tutkivat muutamia vaihtoehtoja, kuten ultraäänilataus, menetelmä, jossa voima siirtyy langattomasti ihon läpi, samoin kuin pietsosähköiset materiaalit, jotka vangitsevat energiaa ympäröivästä ympäristöstä. Viimeksi mainitun suhteen on olemassa jokin ennakkotapaus menestykseen. Kaksi vuotta sitten Michiganin yliopiston insinöörit valloittivat tällaiset materiaalit kehittääkseen sydämentahdistimen, jonka käyttö on yksinomaan käyttäjän sykettä.
"Koska yritämme sisällyttää paljon enemmän antureita sekä tuottaa sähköisiä impulsseja ja lämpöä, se vie enemmän energiaa kuin tavanomaisille sydämentahdistimille tuotettu määrä", Rogers sanoo. "Toivomme tulevaisuudessa parantaa tehokkuutta."
Toinen tärkeä tekijä on kotona asettaminen tapa lähettää tietoja ulkoiselle laitteelle, jotta potilaat ja asiantuntijat voivat käyttää sitä. Tällä hetkellä anturit tallentavat muun muassa lämpötilan ja pH: n muutokset, mutta tutkijoiden ei ole vielä keksitty tapaa toimittaa tiedot langattomasti.
"Bluetooth-viestintä on vähätehoista, joten katsomme sitä", Efimov sanoo. Periaatteessa laite vaatii enemmän komponentteja ja tarvitsemme asiantuntijoita muilta aloilta, kuten elektroniikka, telemetria ja ohjelmistot. Joten viime kädessä meidän on kerättävä riskipääomaa ja perustettava yritys. "
Tällä hetkellä painopiste on saada holkki toimimaan käytännöllisenä laitteena; Ei ole mitään kertomusta siitä, kuinka paljon se maksaa tuottaa tai kuinka paljon se maksaa kuluttajille markkinoille tullessa.
Suuri kysymys on kuitenkin viime kädessä, toimiiko sydämen sukka turvallisesti ja tehokkaasti in vivo vai todellisissa elävissä koehenkilöissä. Tahdistimet voivat yleensä kestää 10 vuotta. Joten ollakseen käytännöllinen, Rogersin keksinnön on myös osoitettava, että se voi pysyä toiminnassa ainakin niin kauan. Ryhmä valmistautuu ottamaan seuraavan askeleen lentäjän kanssa, joka testaa kalvon elävän kanin sisällä, testin, jonka he toivottavasti suorittavat rahoituksella kansallisilta terveysinstituutteilta, sekä muiden apurahojen kanssa, joita he pyrkivät turvaamaan. Jos kaikki menee hyvin, seuraava testi siitä, onko gadgetin nuuska, on ihmisille.
