Многофункциональный портативный монитор состояния здоровья

Инженеры разработали мягкую, эластичную кожную накладку, которую можно носить на шее, чтобы постоянно отслеживать артериальное давление и частоту сердечных сокращений, а также измерять уровень глюкозы, лактата, алкоголя или кофеина. Это первое носимое устройство, которое одновременно отслеживает сердечно-сосудистые сигналы и несколько биохимических уровней в организме человека.

Этот тип носимых устройств может использоваться людьми с сопутствующими заболеваниями для регулярного наблюдения за своим здоровьем. Его также можно использовать для удаленного мониторинга пациентов, особенно во время пандемии COVID-19, когда люди сводят к минимуму личные визиты к поставщику медицинских услуг.

Совершенно разные датчики объединены на одной небольшой платформе размером с почтовую марку. Каждый датчик дает отдельную картину физического или химического изменения. Интеграция их всех в один носимый патч позволяет использовать эти разные изображения вместе, чтобы получить более полное представление о том, что происходит в организме.

Пластырь представляет собой тонкий лист эластичных полимеров, который может прилегать к коже. Он оснащен датчиком артериального давления и двумя химическими датчиками — один измеряет уровни лактата (биомаркера физической нагрузки), кофеина и алкоголя в поте, а другой измеряет уровень глюкозы в интерстициальной жидкости. Пластырь способен измерять сразу три параметра, по одному от каждого датчика:кровяное давление, глюкоза, а также лактат, алкоголь или кофеин.

Датчик артериального давления находится в центре пластыря. Он состоит из набора небольших ультразвуковых преобразователей, приваренных к пластырю проводящими чернилами. Напряжение, подаваемое на датчики, заставляет их посылать ультразвуковые волны в тело. Когда ультразвуковые волны отражаются от артерии, датчик улавливает эхо и преобразует сигналы в показания артериального давления.

Химические датчики представляют собой два электрода, нанесенные трафаретной печатью на пластырь проводящими чернилами. Электрод, воспринимающий лактат, кофеин и алкоголь, напечатан на правой стороне пластыря; он работает, высвобождая в кожу лекарство под названием пилокарпин, чтобы вызвать потоотделение и обнаруживать химические вещества в поте. Другой электрод, воспринимающий глюкозу, напечатан слева; он работает, пропуская слабый электрический ток через кожу, чтобы высвободить интерстициальную жидкость и измерить уровень глюкозы в этой жидкости.

В ходе испытаний испытуемые носили повязку на шее при выполнении различных комбинаций следующих задач:упражнения на велотренажере, употребление пищи с высоким содержанием сахара, употребление алкогольных напитков и напитков с кофеином. Измерения с пластыря точно соответствовали данным, полученным коммерческими устройствами для мониторинга, такими как манжета для измерения артериального давления, измеритель уровня лактата в крови, глюкометр и алкотестер.

Одной из самых больших проблем при создании патча было устранение помех между сигналами датчиков. Для этого исследователи должны были определить оптимальное расстояние между датчиком артериального давления и химическими датчиками. Они обнаружили, что расстояние в один сантиметр помогло сделать устройство как можно меньше.

Им также нужно было выяснить, как физически защитить химические датчики от датчика артериального давления. Последний обычно оснащен жидким ультразвуковым гелем для получения четких показаний. Но химические датчики также оснащены собственными гидрогелями, и если какой-либо жидкий гель из датчика артериального давления вытечет и вступит в контакт с другими гелями, это вызовет помехи между датчиками. Вместо этого исследователи использовали твердый ультразвуковой гель, который работает так же, как и жидкая версия, но без утечки.

Текущая работа включает в себя уменьшение размера электроники датчика артериального давления. Прямо сейчас датчик должен быть подключен к источнику питания и настольному компьютеру для отображения его показаний. Конечная цель — поместить все это в патч и сделать все беспроводным.