În ziua de azi există o mulțime de zumzet în ceea ce privește electronicele purtabile - Google, de exemplu, se extinde în activitatea de ochelari, în timp ce alte companii se ocupă de partea lor de piață cu clipuri și ceasuri de înaltă tehnologie care urmăresc ceea ce mănânci și cum te muți. .
Continut Asemanator
- Cardiologul irlandez a cărui invenție a salvat LBJ
- Electronica care se poate topi în corpul tău ar putea schimba lumea medicinei
Dar niciunul dintre ei nu seamănă de la distanță cu ceea ce John Rogers, câștigătorul premiului Smithsonian American Ingenuity în științele fizice, se dezvoltă. Dispozitivul său, vedeți, este conceput nu numai pentru a se potrivi ca o mănușă, ci și poate, într-o zi, să salveze viața purtătorului.
Omul de știință al materialelor, împreună cu echipa sa de studenți de la Universitatea din Illinois de la Urbana-Champaign, au testat cu succes ceea ce este cel mai bine descris ca un șoset pentru inimă. Dispozitivul, montat pe întreaga suprafață a inimii, este alcătuit dintr-o serie de senzori pentru a monitoriza, cu o precizie inconștientă, funcționarea interioară a acestui organ cel mai vital. Dacă detectează o anomalie tulburătoare, poate transmite date către profesioniștii medicali; în caz de urgență, cum ar fi în timpul unui atac de cord, ar putea chiar să intervină prin administrarea unui impuls indus de electrod.
În mod normal, inima pompează într-o manieră atât de eficientă încât cu greu observăm că funcționează. Dar, pentru cei cu afecțiuni de ritm cardiac, contracțiile cardiace din sincronizare pot fi debilitante - provocând îndoială, slăbiciune, vărsături și dureri toracice, pentru cei cu aritmie - sau, în unele cazuri, mortale. În timp, neregularitățile ritmice pot cauza cheaguri de sânge (care uneori conduc la accidente vasculare cerebrale) și, în cazuri extreme, stop cardiac.
De obicei, medicii pot prescrie medicamente pentru a remedia aceste tipuri de probleme. Dar, în unele cazuri, pacienții trebuie să apeleze la intervenții chirurgicale, cum ar fi stimulatoare cardiace sau implanturi defibrilatoare. Și în timp ce aceste dispozitive funcționează suficient, mecanismul pe care îl folosesc pentru a regla bătăile inimii unei persoane este de fapt destul de grosolan. Cu implanturi defibrilatoare, o pereche de electrozi este poziționată în interiorul camerei inimii. Ori de câte ori este detectată o aritmie care poate pune viața în pericol, defibrilatorul trimite o șoc electrică care înțepe inima într-un ritm normal. Problema cu această abordare, spune Rogers, este că activitatea dintr-o altă regiune a inimii poate, din greșeală, să declanșeze o agitație dureroasă atunci când nu este chiar nevoie de asta.
Dispozitivul lui Rogers închide inima într-un sistem senzorial mult mai sofisticat, care poate identifica exact locul unde apare o neregularitate ritmică. Într-un anumit sens, funcționează ca și terminațiile nervoase pe o piele secundară.
„Ceea ce ne-am dorit a fost să valorificăm întreaga putere a tehnologiei circuitului”, spune Rogers despre dispozitiv, care are doi ani și jumătate în fabricare. „Cu o mulțime de electrozi, dispozitivul poate ritmul și stimularea într-o manieră mai vizată. . Furnizarea de căldură sau impulsuri în anumite locații și efectuarea acesteia în doze măsurabile care sunt suficient de suficiente, este important, deoarece aplicarea mai mult decât este necesar nu numai că este dureroasă, dar poate dăuna inimii. "
Această diagramă pas cu pas ilustrează modul în care dispozitivul cardiac a fost creat. (Universitatea din Illinois și Universitatea din Washington) Pe lângă potențialul său de implant cardiac de urgență, elasticitatea ciorapului cardiac permite o serie de alți senzori electronici și non-electronici care pot monitoriza nivelul de calciu, potasiu și sodiu - considerați indicatori cheie ai sănătății inimii. De asemenea, membrana poate fi programată pentru a urmări modificările presiunii mecanice, temperaturii și nivelului de pH (aciditate), toate acestea putând ajuta la semnalarea unui atac de cord iminent.
Pentru fabricarea prototipului, cercetătorii au scanat mai întâi, iar 3D a imprimat un model plastic din inima unui iepure. Au aranjat apoi o pânză de 68 de senzori electronici minusculi peste matriță, acoperindu-l cu un strat de material de cauciuc siliconic aprobat de FDA. După setul de cauciuc, asistenții de laborator ai lui Rogers au decojit polimerul pregătit la comandă.
Pentru a testa membrana, cercetătorii au înfășurat-o în jurul unei inimi reale de iepure, cuplată la o pompă mecanică. Echipa a proiectat dispozitivul pentru a fi un pic mai mic decât organul propriu-zis pentru a-i conferi o montare blândă, asemănătoare unei mănuși.
"Lucrul complicat aici", spune Rogers, este că membrana trebuie să fie dimensionată într-un mod care să poată crea o presiune suficientă pentru a menține electrozii în contact suficient cu suprafața. Apăsarea prea puternică va face ca inima să răspundă un mod negativ. "
„Trebuie să se potrivească corect”, adaugă el.
După cum a spus Michael McAlpine, un inginer mecanic la Universitatea Princeton care nu a fost implicat în cercetare : „ Ceea ce este nou și impresionant este că au integrat o serie de funcționalități diferite într-o membrană care acoperă întreaga suprafață a inimii Această răspândire de senzori oferă un nivel ridicat de rezoluție spațială pentru monitorizarea cardiacă și oferă mai mult control atunci când vine vorba de stimulare. "
Deci, ce va fi nevoie pentru această descoperire de a merge de la laborator la pacient? Rogers estimează cel puțin încă un deceniu de dezvoltare înainte ca ceva să poată fi pregătit pentru piața medicală. Între timp, el intenționează să continue colaborarea cu inginerul biomedical al Universității Washington, Igor Efimov, pentru a perfecționa dovada conceptului într-o tehnologie practică, sigură și fiabilă.
Unul dintre obstacolele majore este să descoperiți cum să alimentați membrana fără baterii convenționale. În prezent, Rogers și echipa sa explorează câteva alternative, cum ar fi încărcarea cu ultrasunete, o metodă prin care puterea este transmisă fără fir prin piele, precum și folosind materiale piezoelectrice care captează energia din mediul înconjurător. Pentru acestea din urmă, există unele precedente pentru succes. În urmă cu doi ani, inginerii de la Universitatea din Michigan au folosit astfel de materiale pentru a dezvolta un stimulator cardiac alimentat exclusiv de bătăile inimii utilizatorului său.
„Întrucât încercăm să încorporăm mult mai mulți senzori, precum și să furnizăm impulsuri electrice și căldură, va avea nevoie de mai multă energie decât cantitatea generată pentru stimulatoarele cardiace convenționale”, spune Rogers. "În viitor, sperăm că putem îmbunătăți eficiența."
Un alt element crucial este adăugarea într-o modalitate de a trimite date către un gadget extern, astfel încât pacienții și specialiștii să poată avea acces la acestea. În momentul de față, senzorii înregistrează lucruri precum schimbările de temperatură și PH, printre alte modele, dar oamenii de știință încă nu au găsit o modalitate de a furniza datele fără fir.
„Comunicarea Bluetooth este cu consum redus, așa că ne uităm la asta”, spune Efimov. „Practic, dispozitivul va necesita mai multe componente și vom avea nevoie de experți în alte domenii precum electronica, telemetria și software-ul. Deci, în final, va trebui să strângem capital de risc și să începem o companie ".
În momentul de față, accentul face ca manșeta să funcționeze ca un dispozitiv practic; nu se spune cât de mult va costa să producă sau, cât va costa consumatorii când vine vorba de piață.
Marea întrebare este însă dacă, în cele din urmă, ciorapul cardiac va funcționa în siguranță și eficient in vivo, sau la subiecții de testare în viață. Pacemakerii pot dura de obicei 10 ani. Deci, pentru a fi practic, invenția lui Rogers ar trebui să demonstreze că poate rămâne operațională cel puțin atât de mult timp. Echipa se pregătește să facă acel pas cu un pilot care va testa membrana din interiorul unui iepure viu, un test pe care speră să îl completeze cu finanțare de la Institutele Naționale de Sănătate, împreună cu alte subvenții pe care lucrează pentru a le asigura. Dacă totul merge bine, următorul test pentru a vedea dacă gadgetul este la dispoziție pentru a face snuff va fi pe oameni.
