Ново поколение здравни сензори се рисуват върху кожата

Прототип на здравния сензор, нарисуван директно върху кожата на ръката
(снимка: Cunjiang Yu / University of Houston)

Носими гривни, пояси, лепенки, дрехи със сензори, очила със сензори – науката за изследването на човешкото здраве е измислила многобройни методи да прикачи към тялото ни датчици и апарати, които да следят параметрите на организма и да дават информация за здравето ни. Но всички те скоро могат да се окажат ненужни, защото ще бъдат заместени от сензори, които се рисуват директно върху кожата с прости инструменти като химикалка и шаблон.

Шепа шаблони и три химикалки – това звучи като набор материали за детски арт-проект. Но сега изследователи са използвали въпросните инструменти, за да нарисуват функционални сърдечни сензори директно върху човешка кожа.

Носимата сензорна технология, която помага на лекарите да проверяват различни здравни показатели, напредна през последните години: от обемисти устройства тези апарати еволюираха до малки гъвкави лепенки, които се залепват за тялото подобно на детски временни татуировки.

Тези сглобяеми сензори обаче могат да бъдат скъпи. Те също така са склонни да следят контурите на кожата неправилно, което ги прави чувствителни към движението на потребителя. Според изследователите, новата електронна система на „чертеж” върху кожата, описана в Nature Communications през юли, предлага решение и на двата проблема.

Проводящо мастило

Екип, ръководен от биомедицинския инженер Фахем Ершад от Университета в Хюстън, е разработил проводящо мастило, използвайки сребърни люспи в полимерен разтвор, съвместим с човешката кожа. След това изследователите заредили мастилото в модифициран химикалки с топче. Поставили шаблон върху тялото на доброволец и чрез него нарисували върху кожата на човека съответната сензорна схема.

„Това наподобява начина, по който в детската градина учим как да рисуваме фигури”, казва Ершад. „Наистина е толкова просто”.

В рамките на пет минути мастилото изсъхнало. Резултатът бил напълно функционален, работещ сензор. За да осигури захранване и предаване на данните към компютър, екипът свързал към мастилото стандартен електрически кабел.

Използвайки само въпросното мастило, изследователите успели да измерят хидратацията на кожата и електрическата активност на сърдечните и скелетните мускули.

Елегантно решение

Тъй като мастилото прилепва перфектно към кожата, носителите на сензорите могат да се разхождат свободно, без риск да откачат сензора от тялото си и по този начин да намалят качеството на данните. Мастилото издържа на пот и триене, така че няма да пострада от носенето на дрехи и при активен спорт. В същото време мастилото лесно се отстранява с мокра хартиена салфетка и сапун.

„Това е здраво и много лесно решение, което се прилага върху всяка част на тялото”, казва Дмитрий Киреев, изследовател в областта на носимата биоелектроника от Тексаския университет в Остин, който не е участвал в изследването. „Това е много елегантно решение”, подчертава той.

Перспективи

За направата на по-сложни устройства екипът на Ершад е използвал две допълнителни мастила: едното служи като полупроводник, а другото действа като диелектрик (вид изолатор). Начертавайки различни слоеве с всяко мастило, изследователите са изработили сензори за температура и напрежение върху лист от силикон, подобен на човешка кожа.

„Авторите вече демонстрираха много атрактивни приложения”, казва Джън Ян, биомедицински инженер от университета в Мисури, който не е участвал в новите изследвания. Ян и неговите колеги са автори на подобна технология, използваща моливи и хартия, но техният метод е ограничен до т.нар. пасивни проводници, които не могат да въвеждат енергия в схема.

Чрез „рисуване” на активна електроника като транзистори, които могат да функционират като превключватели или усилватели, екипът на Ершад може да създаде сложни сензори, които да следят редица здравни индикатори, вариращи от определени химични съединения в потта до регистриране на електрическата активност на мозъка.

Изследователите планират да направят сензорите безжични чрез включване на по-модерни схеми на базата на мастило. След това постижение, казват те, хората биха могли да използват достъпни комплекти от шаблони и писалки, за да наблюдават собственото си здраве дори в домашни условия.