Καινοτόμο επίθεμα που φοριέται στο δέρμα μετρά την πίεση σε πραγματικό χρόνο

Ερευνητική ομάδα από τη Σχολή Μηχανικής του Εθνικού Πανεπιστημίου της Σεούλ στη Νότια Κορέα ανέπτυξε μια φορετή ηλεκτρονική συσκευή που μοιάζει με επίθεμα, η οποία επιτρέπει τη συνεχή και σε πραγματικό χρόνο παρακολούθηση της αρτηριακής πίεσης για μεγάλα χρονικά διαστήματα.

Σε παγκόσμιο επίπεδο, μόνο το 21% από τα περίπου 1,3 δισεκατομμύρια άτομα που πάσχουν από υπέρταση καταφέρνουν να διαχειριστούν αποτελεσματικά την κατάστασή τους- γεγονός που αποτελεί σοβαρό πρόβλημα δημόσιας υγείας. Ωστόσο, η μέθοδος μέτρησης με περιχειρίδα μπράτσου που χρησιμοποιείται σήμερα ευρέως είναι περιορισμένη, καθώς προσφέρει μόνο στιγμιαίες μετρήσεις και δεν επιτρέπει συνεχή παρακολούθηση. Η ένταση που νιώθει κάποιος κατά τη μέτρηση μπορεί να αλλοιώσει την ακρίβεια των αποτελεσμάτων.

Αυτοί οι περιορισμοί εμποδίζουν την ανίχνευση δυναμικών αλλαγών στην πίεση που σχετίζονται με την κατάσταση υγείας ή τον τρόπο ζωής του κάθε ατόμου, καθυστερώντας έτσι την έγκαιρη διάγνωση και την πρόληψη καρδιαγγειακών νοσημάτων.

Μέτρηση της αρτηριακής πίεσης μέσω συγχρονισμού των καρδιακών σημάτων

Η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια τεχνολογία συνεχούς παρακολούθησης της αρτηριακής πίεσης η οποία βασίζεται στο γεγονός ότι ο χρόνος που χρειάζονται τα ηλεκτρικά σήματα (ηλεκτροκαρδιογράφημα) και τα μηχανικά σήματα (σφυγμός) που παράγονται ταυτόχρονα στην καρδιά για να φτάσουν στον καρπό, ποικίλλει ανάλογα με την αρτηριακή πίεση.

Τα ηλεκτρικά σήματα διαδίδονται άμεσα σε όλο το σώμα με το χτύπο της καρδιάς και φτάνουν στον καρπό σχεδόν στιγμιαία. Αντίθετα, τα μηχανικά σήματα καθυστερούν, καθώς μεταφέρονται με την ώθηση του αίματος κατά τη συστολή της καρδιάς – έτσι απαιτείται λίγος χρόνος μέχρι να καταγραφεί η μικρή κίνηση του δέρματος στον καρπό μετά τον καρδιακό παλμό.

Με βάση αυτό το φαινόμενο, οι επιστήμονες ανέπτυξαν ένα μοντέλο που μετρά συνεχώς τη συστολική και διαστολική πίεση του αίματος, εντοπίζοντας με ακρίβεια και αναλύοντας τα δύο σήματα με κάθε χτύπο της καρδιάς.

Επαναστατικό υλικό: Υγρό μέταλλο

Ωστόσο, δεν είναι εύκολο να ανιχνευθούν οι ανεπαίσθητες αλλαγές στο δέρμα που προκαλούνται από τη ροή του αίματος. Ως εκ τούτου, η ερευνητική ομάδα προχώρησε στο επόμενο βήμα και σχεδίασε μια ηλεκτρονική συσκευή που προσκολλάται φυσικά στο δέρμα του ασθενούς χρησιμοποιώντας ένα μοναδικό υλικό που ονομάζεται «υγρό μέταλλο». Αυτό το υλικό το οποίο παραμένει σε υγρή κατάσταση ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου και διαθέτει υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, είναι κατάλληλο για τη συγκεκριμένη ηλεκτρονική συσκευή επειδή έχει την ίδια ελαστικότητα με το ανθρώπινο δέρμα.

Ωστόσο, το υγρό μέταλλο παρουσιάζει πολύ υψηλή επιφανειακή τάση, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη δημιουργία σταθερών και λεπτομερών κυκλωμάτων. Για να ξεπεράσουν αυτό το τεχνικό εμπόδιο, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια καινοτόμο τεχνική που ονομάζεται “laser sintering“ (σύντηξη με λέιζερ). Με τη μέθοδο αυτή, λεπτά διασκορπισμένα σωματίδια υγρού μετάλλου θερμαίνονται και συντήκονται με ακρίβεια στα επιθυμητά σημεία, επιτρέποντας την κατασκευή εύκαμπτων, αγώγιμων κυκλωμάτων χωρίς χρήση χημικών. Το τελικό αποτέλεσμα είναι μια εύκαμπτη φορετή ηλεκτρονική συσκευή που μετρά την αρτηριακή πίεση με ακρίβεια, ακολουθώντας τις κινήσεις του σώματος χωρίς να χάνει την απόδοσή της.

Αντοχή, ακρίβεια και πρακτική χρήση

Αυτή η ηλεκτρονική συσκευή έχει εξαιρετική ηλεκτρική και μηχανική απόδοση, επιτρέποντάς της να μετρά με ακρίβεια τόσο τα ηλεκτροκαρδιογραφήματα όσο και τους καρδιακούς ρυθμούς που προέρχονται από την καρδιά. Επιπλέον, η ερευνητική ομάδα επιβεβαίωσε μέσω πειραμάτων ότι η συσκευή διατηρεί την απόδοσή της ακόμη και όταν τεντώνεται στο 700% του αρχικού της μήκους ή τεντώνεται επανειλημμένα περισσότερες από 10.000 φορές.

Σε δοκιμές, η συσκευή κατάφερε να μετρήσει με ακρίβεια τη γρήγορη άνοδο και πτώση της πίεσης του αίματος πριν και μετά από σωματική άσκηση- ξεπερνώντας σε ακρίβεια τα συμβατικά πιεσόμετρα.

Η επόμενη γενιά συσκευών παρακολούθησης υγείας

Αυτή η φορετή συσκευή συνεχούς μέτρησης πίεσης θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο διαχειριζόμαστε την υγεία μας. Εφαρμόζεται εύκολα στον καρπό και καταγράφει τις μεταβολές της πίεσης σε πραγματικό χρόνο, καταργώντας την ανάγκη για επίσκεψη σε νοσοκομεία ή στατική μέτρηση. Για άτομα με χρόνιες παθήσεις όπως η υπέρταση- η οποία συχνά αποκαλείται «σιωπηλός δολοφόνος»– η συσκευή προσφέρει έναν πρακτικό και άμεσο τρόπο παρακολούθησης της κατάστασής τους, οποιαδήποτε στιγμή και οπουδήποτε.

Επιπλέον, μπορεί να καταγράψει απότομες αυξομειώσεις της πίεσης κατά την άσκηση, γεγονός που την καθιστά ιδανική για εξατομικευμένα προγράμματα άσκησης ή αθλητική καθοδήγηση. Η τεχνολογία αυτή έχει δυναμικό να ενσωματωθεί σε διάφορες μορφές φορετών συσκευών- από smartwatches και ιατρικά επιθέματα μέχρι «έξυπνα» ρούχα.

«Το σύστημά μας προτείνει μια νέα διαδραστική προσέγγιση στην υγειονομική φροντίδα, ικανή να ανιχνεύει και να αναλύει φυσιολογικά σήματα σε πραγματικό χρόνο, χωρίς παρεμβατικές μεθόδους» δήλωσε ο καθηγητής Ko, επικεφαλής της έρευνας.

Η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, από τη μονάδα εντατικής θεραπείας και την ασφάλεια στους χώρους εργασίας έως την καθημερινή παρακολούθηση υγείας μέσω φορετών συσκευών.

Οι ερευνητές συνεχίζουν να αναπτύσσουν και να βελτιώνουν τη συσκευή, εστιάζοντας στην ενσωμάτωση δυνατοτήτων όπως ασύρματη επικοινωνία, έξυπνη ανάλυση δεδομένων με τεχνητή νοημοσύνη και νέα υλικά για μεγαλύτερη ευελιξία.

Η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon και δημοσιεύθηκε στην ηλεκτρονική έκδοση του επιστημονικού περιοδικού «Advanced Functional Materials».