Patch Kulit Baru Terus Melacak Sinyal Kardiovaskular dan Tingkat Biokimia

Tambalan lembut dan memanjang ini dapat memantau tekanan darah pembawa dan tingkat biokimia pada saat yang bersamaan. Kredit: lab Wang / UC San Diego

Insinyur di University of California San Diego telah mengembangkan penutup kulit yang lembut dan memanjang yang dapat dikenakan di sekitar leher untuk terus memantau tekanan darah dan detak jantung sambil mengukur kadar glukosa pemakainya, serta laktat, alkohol, atau kafein. Ini adalah perangkat portabel pertama yang memantau sinyal kardiovaskular dan berbagai tingkat biokimia dalam tubuh manusia secara bersamaan.

“Jenis laptop ini akan sangat berguna bagi orang-orang dengan kondisi medis yang mendasari untuk memantau kesehatan mereka sendiri secara teratur,” kata Lu Yin, Ph.D. di nanoengineering. mahasiswa di UC San Diego dan rekan penulis pertama studi yang diterbitkan 15 Februari 2021, di Rekayasa Biomedis di Alam. “Ini juga akan berfungsi sebagai alat yang sangat baik untuk pemantauan jarak jauh pasien, terutama selama COVID-19 pandemi ketika orang meminimalkan kunjungan langsung ke klinik. “

Alat semacam itu dapat bermanfaat bagi individu yang mengelola tekanan darah tinggi dan diabetes – individu yang juga memiliki risiko tinggi untuk menjadi sakit parah dengan COVID-19. Ini juga dapat digunakan untuk mendeteksi permulaan sepsis, yang ditandai dengan penurunan tekanan darah secara tiba-tiba disertai dengan peningkatan cepat tingkat laktat.

Tambalan kulit lembut serba guna juga menawarkan alternatif yang nyaman bagi pasien di unit perawatan intensif, termasuk anak-anak di NICU, yang membutuhkan pemantauan tekanan darah dan tanda-tanda vital lainnya secara terus menerus. Prosedur ini saat ini melibatkan memasukkan kateter jauh ke dalam arteri pasien dan menempelkan pasien ke beberapa monitor rumah sakit.

Patch Pemantauan Kesehatan All-in-One

Mengenakan tambalan di leher memberikan pembacaan yang optimal. Kredit: UC San Diego

“Hal baru di sini adalah kami mengambil sensor yang sama sekali berbeda dan menyatukannya pada satu platform kecil sebagai perangko,” kata Joseph Wang, profesor rekayasa nano di UC San Diego dan penulis studi terkait. “Kami dapat mengumpulkan begitu banyak informasi dengan laptop ini dan melakukannya dengan cara non-invasif, tanpa menyebabkan ketidaknyamanan atau gangguan pada aktivitas sehari-hari.”

Tambalan baru ini adalah produk dari dua upaya perintis di UC San Diego Center for Wearable Sensor, di mana Wang menjabat sebagai direkturnya. Laboratorium Wang telah mengembangkan perangkat yang dapat dikenakan yang mampu secara bersamaan memantau lebih banyak sinyal – kimiawi, fisik, dan elektrofisiologis – di dalam tubuh. Dan di lab profesor rekayasa nano UC San Diego, Sheng Xu, para peneliti telah mengembangkan tambalan kulit elektronik yang rapat dan memanjang yang dapat memantau tekanan darah jauh di dalam tubuh. Dengan menggabungkan kekuatan, para peneliti menciptakan perangkat portabel pertama yang fleksibel dan memanjang yang menggabungkan kepekaan kimiawi (glukosa, laktat, alkohol, dan kafein) dengan pemantauan tekanan darah.

“Setiap sensor memberikan gambaran terpisah tentang perubahan fisik atau kimiawi. Mengintegrasikan semuanya ke dalam satu tambalan yang dapat dikenakan memungkinkan kami menggabungkan gambar-gambar yang berbeda untuk mendapatkan gambaran yang lebih lengkap tentang apa yang terjadi di tubuh kita, ”kata Xu, yang juga merupakan penulis studi terkait.

Tambalan dari semua perdagangan

Tambalan adalah lembaran tipis polimer yang diregangkan yang dapat menyesuaikan dengan kulit. Itu dilengkapi dengan sensor tekanan darah dan dua sensor kimia – satu yang mengukur tingkat laktat (penanda tenaga fisik), kafein dan alkohol dalam keringat, dan yang lainnya yang mengukur kadar glukosa dalam cairan interstisial.

Patch ini mampu mengukur tiga parameter sekaligus, satu dari setiap sensor: tekanan darah, glukosa, dan laktat, alkohol, atau kafein. “Secara teori, kami bisa mendeteksi semuanya pada waktu yang sama, tapi itu membutuhkan desain sensor yang berbeda,” kata Yin, yang juga seorang Ph.D. mahasiswa di laboratorium Wang.

Patch All-in-One Pemantauan Kesehatan Kabel

Prototipe tambalan saat ini harus dihubungkan ke mesin bank dan sumber daya. Kredit: UC San Diego

Sensor tekanan darah terletak di dekat bagian tengah tambalan. Ini terdiri dari satu set transduser ultrasonik kecil yang disolder ke tambalan dengan tinta konduktif. Tegangan yang diterapkan ke transduser menyebabkan transduser mengirimkan gelombang ultrasonik ke dalam tubuh. Saat gelombang ultrasonik memantul dari arteri, sensor mendeteksi gema dan menerjemahkan sinyal menjadi pembacaan tekanan darah.

Sensor kimia adalah dua elektroda yang dicetak pada tambalan dengan tinta konduktif. Elektroda yang berbau seperti susu, kafein, dan alkohol dicap di sisi kanan tambalan; Ia bekerja dengan melepaskan obat yang disebut pilocarpine ke dalam kulit untuk memicu keringat dan mendeteksi bahan kimia dalam keringat. Elektroda lain, yang merasakan glukosa, dicap ke kiri; Ia bekerja dengan melewatkan arus listrik lembut melalui kulit untuk melepaskan cairan interstisial dan mengukur glukosa dalam cairan itu.

Para peneliti tertarik untuk mengukur biomarker khusus ini karena mereka mempengaruhi tekanan darah. “Kami memilih parameter yang akan memberi kami pengukuran tekanan darah yang lebih akurat dan lebih andal,” kata rekan penulis Juliane Sempionatto, Ph.D. di nanoengineering. mahasiswa di laboratorium Wang.

“Katakanlah Anda memantau tekanan darah Anda, dan Anda melihat lonjakan sepanjang hari dan menurut Anda ada sesuatu yang salah. Tetapi pembacaan biomarker mungkin mengatakan bahwa tip ini disebabkan oleh asupan alkohol atau kafein. Kombinasi sensor ini bisa memberikan informasi seperti ini, ”ujarnya.

Dalam tes, subjek memakai penutup di leher mereka saat melakukan berbagai kombinasi aktivitas berikut: berolahraga dengan sepeda statis; makan makanan yang kaya gula; minum minuman beralkohol; dia minum minuman berkafein. Pengukuran dari tambalan sangat cocok dengan yang dikumpulkan dari perangkat pemantauan komersial seperti monitor tekanan darah, pengukur laktat darah, glukometer, dan pengukur alkohol. Pengukuran kadar kafein pembawa diverifikasi dengan pengukuran sampel keringat di laboratorium yang disemprot dengan kafein.

Tantangan teknik

Salah satu tantangan terbesar dalam membuat tambalan adalah menghilangkan gangguan antara sinyal sensor. Untuk melakukan ini, para peneliti harus memahami jarak optimal antara sensor tekanan darah dan sensor kimia. Mereka menemukan bahwa jarak satu inci berhasil dengan menjaga perangkat sekecil mungkin.

Peneliti juga perlu memahami bagaimana melindungi secara fisik sensor kimiawi dari sensor tekanan darah. Yang terakhir ini biasanya dilengkapi dengan gel ultrasonik cair untuk menghasilkan pembacaan yang jelas. Namun sensor kimia juga dilengkapi dengan hidrogelnya sendiri, dan yang menjadi masalah adalah jika ada cairan gel dari sensor tekanan darah yang bocor dan bersentuhan dengan gel lainnya, maka akan menyebabkan interferensi antar sensor. Sebagai gantinya, para peneliti menggunakan gel ultrasonik padat, yang mereka temukan berfungsi dibandingkan dengan versi cair tetapi tanpa kehilangan.

“Menemukan bahan yang tepat, mengoptimalkan skema keseluruhan, mengintegrasikan berbagai elektronik bersama-sama dengan cara yang sempurna – tantangan ini membutuhkan waktu lama untuk diatasi,” kata rekan penulis pertama Muyang Lin, nanoengineering Ph.D. mahasiswa di laboratorium Xu. “Kami beruntung memiliki kolaborasi yang hebat antara lab kami dan lab Profesor Wang. Sangat menyenangkan bisa bekerja sama dengan mereka dalam proyek ini.”

Langkah selanjutnya

Tim ini sedang mengerjakan versi baru dari tambalan tersebut, dengan lebih banyak sensor. “Ada peluang untuk memantau biomarker lain yang terkait dengan berbagai penyakit. Kami ingin menambahkan lebih banyak nilai klinis ke perangkat ini,” kata Sempionatto.

Pekerjaan yang sedang berlangsung juga termasuk menurunkan elektronik untuk sensor tekanan darah. Sekarang, sensor harus dihubungkan ke sumber daya dan mesin bangku untuk menampilkan bacaannya. Tujuan utamanya adalah untuk meletakkan semua ini di tambalan dan melakukan semuanya secara nirkabel.

“Kami ingin membuat sistem lengkap yang portabel,” kata Lin.

Referensi: “Sebuah patch epidermal untuk pengawasan simultan biomarker hemodinamik dan metabolik” oleh Juliane R. Sempionatto, Muyang Lin, Lu Yin, Ernesto De la paz, Kexin Pei, Thitaporn Sonsa-ard, Andre N. de Loyola Silva, Ahmed A Khorshed, Fangyu Zhang, Nicholas Tostado, Sheng Xu dan Joseph Wang, 15 Februari 2021, Rekayasa Biomedis di Alam.
DOI: 10.1038 / s41551-021-00685-1

Penelitian ini didukung oleh UC San Diego Center of Wearable Sensor dan National Institutes of Health (hibah no. 1R21EB027303-01A1).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Topan Super Surigae menyulut Pasifik

19 April 2021 Topan super mencapai intensitas ekstrem setahun lebih banyak daripada badai era satelit mana pun. Surigae tidak akan mendarat, tetapi topan yang muncul di...

Mekanisme fotoenzim kunci yang diuraikan

Kesan artis tentang katalisis enzimatik yang diusulkan dalam mekanisme fotodekarboksilase asam lemak (Sains 2021). Kredit: Damien Sorigué Pengoperasian enzim FAP, yang berguna untuk memproduksi...

DOE Mendorong Investasi A.S. yang Agresif dalam Energy Fusion

Sinar laser energi tinggi NIF berkumpul di target di tengah kamera target. Keberhasilan mendapatkan penyalaan fusi akan menjadi langkah maju yang besar dalam...

Fisikawan menciptakan bit kuantum yang dapat mencari materi gelap

Sebuah qubit (persegi panjang kecil) dipasang pada tingkat kebiruan, yang berada di atas jari untuk menunjukkan skala. Ilmuwan di Farmland Universitas Chicago menggunakan...

Ahli paleontologi memperkirakan bahwa 2,5 miliar T. rex menjelajahi Bumi selama periode Kapur

Untuk semua mereka yang terlambatKapur Menurut sebuah studi baru, jumlah total tyrannosaurus yang pernah hidup di Bumi adalah sekitar 2,5 miliar individu, di mana...

Newsletter

Subscribe to stay updated.