Мягкий накладной патч: первый носимый прибор для непрерывного мониторинга АД, ЧСС и биохимических показателей

Инженеры разработали мягкий эластичный кожный патч, который можно носить на шее для непрерывного отслеживания артериального давления и частоты сердечных сокращений, а также измерения уровня глюкозы, лактата, алкоголя или кофеина. Это первое носимое устройство, одновременно мониторящее сердечно-сосудистые сигналы и множество биохимических уровней в теле человека.

Такой носимый прибор могут использовать люди с хроническими заболеваниями для регулярного контроля своего здоровья. Он также подходит для удаленного мониторинга пациентов, особенно во время пандемии COVID-19, когда люди минимизируют личные визиты к врачу.

Полностью различные датчики объединены на одной малой платформе размером с почтовую марку. Каждый датчик дает отдельную картину физического или химического изменения. Их интеграция в один носимый патч позволяет объединить эти картины для получения более полного представления о процессах в организме.

Патч представляет собой тонкий лист эластичных полимеров, прилегающих к коже. Он оснащен датчиком артериального давления и двумя химическими датчиками — один измеряет уровень лактата (маркера физической нагрузки), кофеина и алкоголя в поте, а другой — уровень глюкозы в интерстициальной жидкости. Патч способен одновременно измерять три параметра: артериальное давление, глюкозу и либо лактат, либо алкоголь, либо кофеин.

Датчик давления находится gần центра патча. Он состоит из набора малых ультразвуковых преобразователей, приваренных к патчу проводящей краской. Напряжение, приложенное к преобразователям, заставляет их посылать ультразвуковые волны в тело. Когда волны отражаются от артерии, датчик улавливает эхо и преобразует сигналы в показания давления.

Химические датчики — два экрана, напечатанных на патче проводящей краской. Электрод, чувствительный к лактату, кофеину и алкоголю, напечатан справа; он работает за счет введения в кожу препарата пилокарпина для вызова потоотделения и обнаружения химических веществ в поте. Другой электрод, измеряющий глюкозу, напечатан слева; он действует путем прохождения слабого электрического тока через кожу для выделения интерстициальной жидкости и измерения глюкозы в ней.

В тестах испытуемые носили патч на шее, выполняя различные комбинации задач: езду на велотренажере, прием пищи с высоким содержанием сахара, употребление алкогольного и кофеинсодержащего напитков. Показания патча тесно совпадали с данными коммерческих приборов: манжеты для измерения давления, лактатометра, глюкометра и алкотестера.

Одной из главных проблем при создании патча была устранение интерференции между сигналами датчиков. Исследователям пришлось определить оптимальное расстояние между датчиком давления и химическими датчиками. Оказалось, что один сантиметр расстояния решает проблему, сохраняя устройство максимально компактным.

Также нужно было физически экранировать химические датчики от датчика давления. Последний обычно оснащен жидким ультразвуковым гелем для четких показаний. Но химические датчики также имеют свои гидрогели, и если жидкий гель из датчика давления вытечет и контактирует с другими гелями, возникнет интерференция. Поэтому исследователи использовали твердый ультразвуковой гель, который работает так же хорошо, но не течет.

Дальнейшая работа включает уменьшение электроники датчика давления. Сейчас он требует подключения к источнику питания и настольному прибору для отображения показаний. Конечная цель — разместить всё на патче и сделать его полностью беспроводным.