Vastasyntyneen tehohoitoyksikön (NICU) vauvat ovat pieniä, hauraita ja peitettynä johdoilla. Johdot sykkeen seuraamiseksi, johdot verenpaineen seuraamiseksi, johdot lämpötilan seuraamiseksi, johdot veren hapenpitoisuuden seuraamiseksi. Vauvojen on vaikea heiluttaa pieniä käsivarsiaan, ja vanhempien on vielä vaikeampaa koskettaa niitä, puhumattakaan siitä, että ne poimitaan.
Asiaan liittyvä sisältö
- Parantaako tämä keinotekoinen kohdussa yksi päivä preemien hoitoa?
Nyt materiaalitieteen edistyksen ansiosta nuo langat saattavat lopulta kadota. Northwestern Universityn tutkijat ovat kehittäneet uskomattoman ohuet, joustavat elektroniset laastarit monenlaisten elintoimintojen ja kehon liikkeiden seuraamiseksi.
Nämä laastarit "tarjoavat vahvan potentiaalin tehdä ihmisten terveydenhuollosta ja kuntoutuksesta paljon tehokkaampaa ja tuloksellisempaa", sanoo tutkimusta johtaneet tutkijat John Rogers.
Laastarit, jotka ovat nyt ihmistesteissä, näyttävät enemmän tai vähemmän kuin väliaikaiset tatuoinnit. Ne luodaan asettamalla pieniä puolijohde siruja joustavalle alustalle. Alusta on upotettu metallilankojen aaltoilevilla kuvioilla, jotka mahdollistavat sähköisten signaalien kuljettamisen. Koko asia käyttää pieniä antenneja tiedon siirtämiseen langattomasti, joten niitä ei tarvitse kiinnittää johtoihin tai letkuihin. Rogers kutsuu laastaria "epidermaaliseksi elektroniikaksi".
NICU: n hyöty vauvoille on ilmeinen - varhaisissa tutkimuksissa yksi vauva, joka jatkoi vetämällä perinteisten anturien johtoja, oli täysin epidermaalinen elektroniikka. Mutta voitot eivät ole vain NICU-vauvoja. Rogers ja hänen tiiminsä kokeilevat myös epidermaalielektroniikkaa useilla eri alueilla. Yksi alue on kuntouttava lääketiede. Rogersin joukkue aloittaa kesäkuusta alkaen tutkimuksen Parkinsonin tautiin kärsivistä potilaista, jotka ovat usein heikentyneet tahattomien vapinajen takia. Kokeilu käsittää laikkujen asettamisen eri paikoille potilaan kehossa ja niiden käyttämisen lihaksen toiminnan ja liikkeen ominaisuuksien mittaamiseen.
"Tavoitteena on kehittää riittävän tarkka analyysi, jonka avulla voimme määrittää vapina todella varhaisen alkamisen, luonnehtia taudin kehitystä ja määrittää myös lääkkeiden tehokkuuden", Rogers sanoo.
Tarkkailemalla potilaiden hermo- ja lihassaktiivisuutta tutkijat pystyivät jopa selvittämään vapinaten minuuttilisäysten perusteella, olivatko potilaat ohittaneet lääkkeitä.
Sama tekniikka voisi olla hyödyllinen aivohalvauspotilaille, jolloin lääkärit voivat seurata edistymistään kuntoutuksen aikana kotona.
Rogers ja hänen joukkueensa kokeilevat myös epidermaalielektroniikkaa erilaisten ammattilaisurheilujoukkueiden kanssa (Rogersilla ei ole vapautta sanoa, mitkä niistä ovat, mutta niihin kuuluvat jalkapallo-, baseball- ja koripallojoukkueet). Teknologia voisi seurata harjoittelun etenemistä, jolloin valmentajat voivat nähdä esimerkiksi, onko syöttäjä oikeassa muodossa. Se voi myös seurata pieniä liikkumisen muutoksia, jotka ilmoittavat kentän väsymyksestä, antaen valmentajien nähdä, milloin pelaaja on liian väsynyt pelaamaan optimaalisesti, kauan ennen kuin se on ilmeistä kenellekään muulle.
"Ajatuksena on suunnitella nämä laitteet siten, että voit seurata sykettä, sävelkorkeuden mekaniikkaa, vapaanheiton ammuntatekniikkaa [ja enemmän]", Rogers sanoo.
Rogers on työskennellyt joustavan elektroniikkatekniikan parissa jo vuosia. Vuonna 2011 hän julkaisi Science- lehdessä artikkelin, jossa kuvataan hänen ihonlaastariensa prototyyppi, jota hän myöhemmin paransi tehdäkseen niistä kestävämpiä. Vuonna 2015 hänen laboratoriossaan ilmestyi versio laasteista, joilla voitiin mitata veren virtausta, kun taas viime vuonna he tekivät laastarin hikojen analysoimiseksi biokemiallisten markkerien suhteen. Suunnittelussaan Rogersin tieteelle Science, insinööri Zhenqiang Ma kirjoitti, että epidermaalinen elektroniikka voisi mahdollisesti ratkaista monia nykyisiä ongelmia terveyden seurannassa ja "antaa seurannan olla yksinkertaisempaa, luotettavampaa ja keskeytymätöntä". Hän kirjoitti myös, että "muun tyyppiset elektroniset nahat, joiden sovellutuksia ei ole fysiologiassa, kuten kehon lämmönkeruu ja kannettavat radiot, saattavat myös viitata mielenkiintoisiin suuntiin tulevaa työtä varten".
Vaikka Rogersia pidetään epidermaalisen elektroniikan isänä, joukko tutkijoita pyrkii edistämään tekniikkaa monin tavoin. Jotkut uskovat, että joustavaa elektroniikkaa käytetään yhtenä päivänä ihon ulkopuolelle, kuten sydämentahdistimeen, ja siitä voi tulla jopa kaikkialla yleisiä terveysmittareita, jotka tarkistavat jatkuvasti esimerkiksi veren happea ja verensokeria. Tutkijat Stanfordista MIT: iin Japanin ja Ruotsin yliopistoihin työskentelevät joustavan elektroniikan eri näkökohtien parissa, mukaan lukien tekniikan pienentämistä ja kestävyyttä.
Kosmetiikkayhtiö Laroche-Posay on luonut sydämenmuotoisen laastarin UV-altistumisen seuraamiseksi; laitteelle on tällä hetkellä odotuslista. Toisin kuin Rogersin epidermaalinen elektroniikka, joka siirtää tietoa langattomasti, UV-laastari toimii muuttamalla väriä; vastaava älypuhelinsovellus lukee värimuutokset ja kertoo, jos olet ollut auringossa liian kauan.
10 vuoden työn jälkeen, jonka aikana kehitettiin epidermaalielektroniikkaa, jäljellä olevat haasteet liittyvät vähemmän tekniikkaan kuin optimointiin ja turvallisuuteen, Rogers sanoo. Koska laitteet lähettävät langattomasti, tietojen salaus on huolenaihe. Rogers toivoo myös laitteiden kehittämistä edelleen, mahdollistaen, että antaa heille mahdollisuuden näytteenottaa bionesteitä, kuten hikeä, ja tehdä kemiallisia analyysejä biomarkkereista, jotka osoittavat terveyttä tai sairautta. (Rogers on jo tehnyt työtä tällä alalla) Ryhmä etsii myös laitteiden kehittämistä nesteiden toimittamiseksi ihon läpi, mikä voisi olla häiritsevä tapa antaa lääkkeitä.
"Suhtaudumme siihen melko optimistisesti", Rogers sanoo. "Voimme tehdä tänään paljon asioita, ja tulevaisuudessa on paljon potentiaalia lisäasioihin."
