Patch kulit baru membawa kita lebih dekat ke monitor kesehatan all-in-one yang dapat dipakai
Semiconductor

Patch kulit baru membawa kita lebih dekat ke monitor kesehatan all-in-one yang dapat dipakai


Patch yang lembut dan elastis ini dapat memantau tekanan darah dan tingkat biokimia pemakainya secara bersamaan. Kredit: lab Wang / UC San Diego

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

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

Alat semacam itu dapat bermanfaat bagi individu yang mengelola tekanan darah tinggi dan diabetes — individu yang juga berisiko tinggi 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 yang cepat pada tingkat laktat.

Satu penutup kulit lembut yang dapat melakukan semuanya juga akan menawarkan alternatif yang nyaman bagi pasien di unit perawatan intensif, termasuk bayi 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 menambatkan pasien ke beberapa monitor rumah sakit.

“Hal baru di sini adalah kami mengambil sensor yang sama sekali berbeda dan menggabungkannya menjadi satu platform kecil sekecil stempel,” kata Joseph Wang, seorang profesor rekayasa nano di UC San Diego dan rekan penulis studi tersebut. “Kami dapat mengumpulkan begitu banyak informasi dengan perangkat yang dapat dikenakan 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 memantau banyak sinyal secara bersamaan — 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 lembut dan elastis yang dapat memantau tekanan darah jauh di dalam tubuh. Dengan menggabungkan kekuatan, para peneliti menciptakan perangkat pertama yang fleksibel dan dapat diregangkan yang menggabungkan penginderaan kimiawi (glukosa, laktat, alkohol, dan kafein) dengan pemantauan tekanan darah.

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

Patch kulit baru membawa kita lebih dekat ke monitor kesehatan all-in-one yang dapat dipakai

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

Tambalan dari semua perdagangan

Tambalan adalah selembar tipis polimer elastis yang dapat menyesuaikan dengan kulit. Alat ini dilengkapi dengan sensor tekanan darah dan dua sensor kimia — satu yang mengukur tingkat laktat (biomarker aktivitas fisik), kafein dan alkohol dalam keringat, dan satu lagi 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 teoritis, kami dapat mendeteksi semuanya pada waktu yang sama, tetapi itu membutuhkan desain sensor yang berbeda,” kata Yin, yang juga seorang Ph.D. siswa di lab Wang.

Sensor tekanan darah berada di dekat bagian tengah tambalan. Terdiri dari satu set transduser ultrasound kecil yang dilas ke tambalan dengan tinta konduktif. Tegangan yang diberikan ke transduser menyebabkan transduser mengirimkan gelombang ultrasonik ke dalam tubuh. Saat gelombang ultrasonik memantul dari arteri, sensor mendeteksi gema dan menerjemahkan sinyalnya menjadi pembacaan tekanan darah.

Sensor kimia adalah dua elektroda yang dicetak layar pada tambalan dari tinta konduktif. Elektroda yang mendeteksi laktat, kafein, dan alkohol dicetak di sisi kanan tambalan; Ia bekerja dengan melepaskan obat yang disebut pilocarpine ke dalam kulit untuk memicu keringat dan mendeteksi zat kimia dalam keringat. Elektroda lain, yang mendeteksi glukosa, dicetak di sisi kiri; Ia bekerja dengan melewatkan arus listrik ringan melalui kulit untuk melepaskan cairan interstisial dan mengukur glukosa dalam cairan itu.

Para peneliti tertarik untuk mengukur biomarker khusus ini karena berdampak pada tekanan darah. “Kami memilih parameter yang akan memberi kami pengukuran tekanan darah yang lebih akurat dan lebih andal,” kata rekan penulis pertama Juliane Sempionatto, seorang nanoengineering Ph.D. siswa di lab Wang.

“Katakanlah Anda memantau tekanan darah Anda, dan Anda melihat lonjakan pada siang hari dan berpikir bahwa ada sesuatu yang salah. Tetapi pembacaan biomarker dapat memberi tahu Anda jika lonjakan tersebut disebabkan oleh asupan alkohol atau kafein. Kombinasi sensor ini dapat memberikan Anda jenis informasi itu, “katanya.

Dalam tes, subjek mengenakan tambalan di leher saat melakukan berbagai kombinasi tugas berikut: berolahraga dengan sepeda statis; makan makanan tinggi gula; minum minuman beralkohol; dan minum minuman berkafein. Pengukuran dari patch sangat cocok dengan yang dikumpulkan oleh perangkat pemantauan komersial seperti manset tekanan darah, pengukur laktat darah, glukometer, dan breathalyzer. Pengukuran kadar kafein pemakainya diverifikasi dengan pengukuran sampel keringat di laboratorium yang dibubuhi kafein.

Patch kulit baru membawa kita lebih dekat ke monitor kesehatan all-in-one yang dapat dipakai

Prototipe tambalan saat ini perlu disambungkan ke mesin benchtop dan sumber daya. Kredit: UC San Diego

Tantangan teknik

Salah satu tantangan terbesar dalam membuat tambalan adalah menghilangkan interferensi antara sinyal sensor. Untuk melakukan ini, para peneliti harus mencari tahu jarak optimal antara sensor tekanan darah dan sensor kimia. Mereka menemukan bahwa jarak satu sentimeter berhasil sekaligus menjaga perangkat sekecil mungkin.

Para peneliti juga harus mencari cara bagaimana melindungi secara fisik sensor kimiawi dari sensor tekanan darah. Yang terakhir biasanya dilengkapi dengan gel ultrasound cair untuk menghasilkan pembacaan yang jelas. Namun sensor kimia tersebut juga dilengkapi dengan hidrogelnya sendiri, dan yang menjadi masalah adalah jika ada cairan gel dari sensor tekanan darah yang keluar dan bersentuhan dengan gel lainnya, maka akan menyebabkan interferensi antar sensor. Jadi sebagai gantinya, para peneliti menggunakan gel ultrasound padat, yang menurut mereka berfungsi sebaik versi cair tetapi tanpa kebocoran.

“Menemukan bahan yang tepat, mengoptimalkan tata letak keseluruhan, mengintegrasikan berbagai elektronik bersama-sama dengan cara yang mulus — tantangan ini membutuhkan banyak waktu untuk diatasi,” kata salah satu penulis pertama Muyang Lin, seorang nanoengineering Ph.D. siswa di lab Xu. “Kami beruntung memiliki kolaborasi hebat antara lab kami dan lab Profesor Wang. Sangat menyenangkan 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 menyusutkan alat elektronik untuk sensor tekanan darah. Saat ini, sensor perlu disambungkan ke sumber daya dan mesin benchtop untuk menampilkan pembacaannya. Tujuan utamanya adalah untuk meletakkan semua ini di tambalan dan membuat semuanya nirkabel.

“Kami ingin membuat sistem lengkap yang dapat dikenakan sepenuhnya,” kata Lin.


Patch sensor tekstil yang dibuat dengan benang konduktif dapat mendeteksi titik-titik tekanan untuk orang yang diamputasi


Informasi lebih lanjut:
Sebuah patch epidermis untuk pemantauan simultan dari biomarker hemodinamik dan metabolik, Teknik Biomedis Alam (2021). DOI: 10.1038 / s41551-021-00685-1, https // dx.doi.org / 10.1038 / s41551-021-00685-1

Disediakan oleh University of California – San Diego

Kutipan: Patch kulit baru membawa kita lebih dekat ke monitor kesehatan all-in-one yang dapat dikenakan (2021, 15 Februari) diakses pada 15 Februari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-02-skin-patch-closer-wearable- all-in-one.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : http://54.248.59.145/