پوست الکترونیکی پیشرفته برای نظارت بر مراقبت های بهداشتی چندگانه

دانشمندان موسسه تراساکی برای نوآوری های زیست پزشکی (TIBI) اولین پچ الکترونیکی پوست (E-skin) را برای نظارت بر مراقبت های بهداشتی پیشرفته ابداع کرده اند. با انتخاب بهینه در مواد همراه با روش ساخت جدید، پچ منحصر به فرد E-skin آنها نظارت همزمان و مداوم بر پارامترهای بدنی متعدد را فراهم می کند و در عین حال مدیریت دما-رطوبت و قابلیت تنفس را نیز فراهم می کند.

تکه‌های پوستی الکترونیکی برای مدتی برای نظارت بر شاخص‌های فیزیولوژیکی و شیمیایی بدن مورد استفاده قرار گرفته‌اند. این مانیتورها که مستقیماً روی پوست قرار می گیرند، می توانند پارامترهایی مانند حرکات بدن و دما، هیدراتاسیون پوست، بیومارکرهای متابولیک مختلف و عملکرد مغز و قلب (از طریق نوار قلب و الکتروانسفالوگرام) را اندازه گیری کنند.

یک پچ معمولی حساس به پوست از یک لایه حسگر تشکیل شده است که اطلاعات فیزیکی را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند و در بالای یک لایه بستر انعطاف پذیر و قابل کشش قرار می گیرد که روی پوست سوژه قرار می گیرد و در برابر تغییر شکل مکانیکی مقاوم است.

با این حال، بسیاری از بسترهای فعلی ناسازگاری‌های مکانیکی و بیولوژیکی و همچنین تنفس ضعیف دارند که توانایی چندحسی را مختل می‌کند و می‌تواند منجر به تحریک و التهاب پوست، به ویژه با استفاده طولانی‌مدت شود. علاوه بر این، بسیاری از بسترهای فعلی را نمی توان به روشی سازگار با محیط زیست بازیافت یا دور انداخت.

محققان TIBI این مشکلات را با توسعه یک بستر جدید مبتنی بر ژلاتین و بسیار متخلخل برطرف کرده‌اند. با انتخاب استفاده از متاکریلویل ژلاتین (GelMA) برای ساخت بستر خود، آنها توانستند نیازهای زیست سازگاری، تجزیه زیستی، خود چسبندگی و خواص مکانیکی بافت مانند را برآورده کنند. با این حال، نیاز به تنفس و کنترل رطوبت یک چالش بود.

اگرچه نفوذپذیری را می توان در GelMA با تبدیل آن به شکل هواژل متخلخل به دست آورد، آئروژل حاصل شکننده است و آن را برای زیرلایه های حساس به پوست نامناسب می کند. محققان TIBI با مطالعه دقیق اثرات انجماد بر روی انعطاف پذیری GelMA و استفاده از این اطلاعات برای ایجاد یک روش جدید برای غلبه بر شکنندگی آئروژل های GelMA به این موضوع پرداخته اند.

این روش به دلیل منافذ بسیار یکنواخت و بهم پیوسته و پتانسیل آنها برای عملکرد مویرگی سه بعدی، امکان ایجاد یک ایروژل GelMA را فراهم کرد که انعطاف پذیر، قابل تنفس، فوق سبک و نفوذپذیر در برابر رطوبت/هوا است.

قابلیت‌های پیشرفته این زیرلایه همچنین امکان چاپ صفحه نمایش سنسورهای چند منظوره یکپارچه را بر روی بستر فراهم می‌کند که می‌توان آن‌ها را روی پوست قرار داد تا به طور همزمان دفع عرق و استخراج مایع بینابینی را دقیقاً زیر سطح پوست تحریک کند. این امکان نظارت مداوم و چند منظوره بر پارامترهای بدن مانند دمای پوست و سطوح هیدراتاسیون، اندازه‌گیری‌های الکتروکاردیاک و نشانگرهای متابولیک مانند گلوکز، الکل و اسید لاکتیک را فراهم می‌کند.

این عملکردها با استفاده از پچ جدید E-skin در مجموعه‌ای از آزمایش‌های اندازه‌گیری اثرات رژیم‌های حاوی گلوکز و الکل بر روی افراد دارای ورزش شدید تأیید شد. هنگام مقایسه نتایج با دستگاه‌های اندازه‌گیری تجاری مختلف، همبستگی خوبی وجود داشت.

آزمایش‌های بیشتر انعطاف‌پذیری، توانایی خنک‌کنندگی حرارتی و جذب مایعات جدید E-skin را نسبت به بسترهای آئروژل شکننده معمولی تأیید کرد و در عین حال زیست سازگاری و تجزیه زیستی عالی را بدون هیچ گونه تحریک پوستی نشان داد. علاوه بر این، E-skin زیست تخریب پذیر است، که نیاز به دفع زباله های مضر برای محیط زیست را از بین می برد.

چنین دستگاه چندحسی ابتکاری، مشخصات فیزیولوژیکی بیمار دقیق تر و در زمان واقعی را ارائه می دهد. این امر به ویژه برای بیماران مبتلا به چندین بیماری مرتبط به هم مفید است، مانند بیماران مبتلا به دیابت وابسته به انسولین. این بیماران مستعد عوارض شدید گلوکز و الکل هستند و باید مصرف آنها را به دقت کنترل کنند.

استفاده از این پوسته الکترونیکی را می‌توان به روش‌های دیگری گسترش داد، مانند ادغام اندازه‌گیری‌های فیزیولوژیکی همزمان اضافی، جفت شدن با سیستم‌های تحویل دارو برای نشانه‌های درمانی، و ترکیب یک سیستم بی‌سیم برای استفاده راحت توسط بیماران.

علی خادمحسینی، دکتری، مدیر و مدیرعامل TIBI گفت: «پیشرفت‌هایی که در اینجا توضیح داده شد، راه را برای تولید نسل جدید دستگاه‌های پوست الکترونیکی هموار می‌کند. “آنها ابزارهای ارزشمندی در مدیریت مراقبت های بهداشتی خواهند بود که بهترین ها را در نظارت دقیق و در زمان واقعی برای موقعیت های زندگی واقعی ارائه می دهند.”

این تحقیق در مجله منتشر شده است مواد پیشرفته.

ارائه شده توسط موسسه تراساکی برای نوآوری های زیست پزشکی