Os manchas biomédicas da pele que integram várias disciplinas para detectar, poder e relatórios estão recebendo um esforço significativo de P&D.
Os remendos de pele passivos, apenas para produtos para aplicações médicas não são novas-elas são usadas há muitos anos para fornecer medicamentos prescritos que proporcionam dor e alívio de nicotina. No entanto, estão em andamento o desenvolvimento e avaliação biométrica de adesivos e avaliações biométricas em universidades e outras instituições de pesquisa.
Isso faz sentido não apenas para o sujeito ou paciente alvo, é claro, mas para a equipe de pesquisa. Os patches biométricos evitam os muitos negativos dos problemas de material e biocompatibilidade associados a dispositivos implantados. Além disso, os pesquisadores, sem dúvida in vitro implantar o dispositivo em teste na carcaça de um animal como um porco (assunto de teste muito popular) ou mesmo em vão implantando -o em um vivo.
Um patch também oferece o brilho potencial de “este é um avanço revolucionário” (e pode ser), embora muito poucos, se houver, serão comercializados por várias razões técnicas, médicas, de custo ou viabilidade. Os patches são muito bons para chamar a atenção, levando ao financiamento do subsídio de acompanhamento (embora essa consideração raramente seja citada, exceto em particular).
Essas abordagens aproveitam os princípios básicos da física, eletrônica e detecção para atingir seus objetivos. Eles abrangem a colheita de energia auto-alimentada por seus eletrônicos a uma sensação sofisticada dos principais parâmetros do corpo por meio de suor, avaliação da pressão arterial, colheita de energia ou retroespalhamento por seu poder e relatórios de dados via Bluetooth ou retroespalhamento. Muitos desses patches são viáveis com materiais avançados, eletrônicos de energia ultralow, impressão 3D e muito mais.
Eu li muitas histórias fascinantes de patch biomédico e assisti seus vídeos nos últimos anos. Aqui estão nove projetos que se destacaram por sua inovação, inteligência, utilidade potencial e trabalhos de pesquisa publicados claramente escritos. Eles são de diferentes instituições e cobrem uma variedade de objetivos e implementações biomédicos:
Nº 1 Eletrodos impressos em tela
Um esforço de pesquisa multi-institucional liderado pela Universidade Estadual de Washington demonstrou eletrodos que podem ser feitos usando a serigrafia sozinha. Os padrões resultantes de circuito estendidos e duráveis podem ser transferidos para tecido e usados diretamente na pele humana. Por outro lado, a fabricação comercial atual de eletrônicos vestíveis requer processos bastante caros envolvendo salas limpas. Enquanto algumas outras implementações atualmente usam a impressão de tela para partes do processo, esse novo método se baseia apenas na impressão da tela.
Eles usaram um processo de várias etapas, polímeros em camadas e tintas de metal para criar estruturas de eletrodo semelhantes a cobras. A impressão da tela da camada de poliimida (PI) permite a fabricação fácil, de baixo custo, escalável e de alto rendimento. O PI misturado com polietileno glicol exibiu um comportamento de afinação de cisalhamento, melhorando significativamente a impressão do PI. A tinta AG/AGCL pré -misturada é então usada para impressão de camada condutora. Vários eletrodos são impressos em uma lâmina de vidro pré-tratada, o que lhes permite ser facilmente retirado e transferido para tecido ou outro material, como mostrado em Figura 1.
Depois de imprimir os eletrodos, os pesquisadores os transferiram para um tecido adesivo usado diretamente na pele por voluntários. Os eletrodos sem fio com um circuito associado a bordo, incluindo um link Bluetooth de 2,4 GHz, taxas de coração e respiratórias registradas com precisão, enviando os dados para um telefone celular, conforme mostrado em Figura 2.
Além da Universidade Estadual de Washington, a equipe incluiu o Instituto de Tecnologia da Geórgia e a Universidade Nacional de Pukyong na Coréia do Sul. O trabalho é detalhado em seu artigo da American Chemical Society (ACS), “As misturas de Pi/PEG totalmente impressas na tela permitiram eletrodos padronizáveis para fabricação escalável de eletrônicos confortáveis, elásticos, elásticos e vestíveis,”Com mais detalhes no Informações de suporte arquivo.
#2 Bandagem eletrônica para acelerar a cura
Os pesquisadores da Northwestern University desenvolveram um curativo pequeno, flexível e elástico-alegando ser o primeiro do tipo-que acelera a cura ao fornecer eletroterapia diretamente ao local da ferida. Em um estudo animal, o novo curativo curou úlceras diabéticas 30% mais rápidas do que em camundongos sem o curativo. O curativo também monitora ativamente o processo de cicatrização e depois se dissolve inofensivamente – eletrodos e tudo – no corpo depois que não for mais necessário.
A equipe conjunta desenvolveu um curativo pequeno e flexível que envolve suavemente o local da lesão. Um lado do sistema regenerativo inteligente contém dois eletrodos: um minúsculo eletrodo em forma de flor na parte superior do leito da ferida e um eletrodo em forma de anel em tecido saudável para envolver toda a ferida. O outro lado do dispositivo contém uma bobina de colheita de energia para alimentar o sistema e um sistema de comunicação de campo próximo (NFC) para atualizações em tempo real, conforme mostrado em Figura 3.
Se desejado, uma análise mais aprofundada da Figura 3 pode ser encontrada aqui:
- (a) Ilustrações esquemáticas de um sistema transitório, sem fio e sem bateria para eletroterapia montado em uma ferida no pé (esquerda) e em uma visão ampliada (direita) que destaca os diferentes componentes.
- (b) Diagrama operacional de todo o sistema. (RF, radiofrequência; ISO, operação do sistema de interconexão; LDO, regulador de baixo queda)
- (c) Resultados da FEA do campo elétrico entre os eletrodos positivos (+) e negativos ( -). Barra de escala, 3 mm.
- (d) ilustrações esquemáticas do modo de uso, dispositivo em uma ferida (i) antes e (ii) após a cura, (iii) removido cortando os traços no ânodo, (iv) parcialmente biorresorbado após um período de terapia e (v) totalmente biorresorbado; A cor laranja semitransparente representa a pele curada.
A equipe também incluiu sensores para avaliar o quão bem a ferida está curando. O dispositivo pode ser operado remotamente sem fios, permitindo que o médico decidisse quando aplicar a estimulação elétrica e monitorar o progresso da cicatrização da ferida.
Os médicos podem monitorar o progresso medindo a resistência da corrente elétrica através da ferida. Uma diminuição gradual na medição de corrente se relaciona diretamente com o processo de cicatrização. Portanto, se a corrente permanecer alta, os médicos sabem que algo está errado.
O trabalho é explorado em seu artigo em Avanços científicos“Sistema biorresorbível, sem fio e sem bateria para eletroterapia e detecção de impedância em locais de ferida”Que também inclui as informações suplementares anexadas; também há um vídeo de dois minutos aqui.
#3 Sensor de suor com leitura imediata
O suor é uma “mina de ouro” de informações úteis sobre o corpo. Reconhecendo suas virtudes, engenheiros da Universidade da Califórnia San Diego desenvolveram um sensor de suor fino, flexível e elástico que pode mostrar o nível de glicose, lactato, sódio ou pH do suor na imprensa de um dedo.
Eles afirmam que é o primeiro dispositivo vestível independente que permite que o sensor opere de forma independente – sem nenhuma conexão com fio ou sem fio com dispositivos externos – para visualizar diretamente o resultado da medição. O design deste pequeno patch em forma de disco inclui todos os componentes essenciais necessários para sensores vestíveis: duas baterias integradas, um microcontrolador, sensores, o circuito e uma tela esticada.
A fabricação do dispositivo envolve a formulação de nove tintas elásticas diferentes, que foram usadas para imprimir as baterias, circuitos, painel de exibição e sensores. O dispositivo é impresso em camada por camada em folhas de polímero elaborado e montado com hidrogéis e chips de microcontrolador no dispositivo completo. Cada tinta foi otimizada para garantir sua compatibilidade com outras camadas enquanto equilibra seu desempenho elétrico, químico e mecânico, como mostrado em Figura 4.
Quando uma tensão negativa é aplicada, o polímero muda de azul -céu claro para azul marinho escuro e volta quando uma tensão positiva é aplicada. Ajustando a formulação de tinta com PEDOT: PSS, eles podem torná -la imprimível e elaborável; O patch pode ser esticado 20% repetidamente, sem afetar seu desempenho.
Os pesquisadores projetaram um painel de exibição composto por 10 pixels individuais, que são programados para exibir a concentração dos produtos químicos, ativando diferentes números do pixel. Os pixels levam apenas 500 milissegundos para mudar de cor, para que consumam apenas 80 microwatts de energia em média.
Detalhes completos estão no Nature Electronics papel “Uma plataforma de detecção de suor epidérmico elaborado com uma bateria impressa integrada e tela eletroqurômica”Que também anexou informações suplementares.
A parte 2 deste artigo analisa mais três manchas biométricas da pele.
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