Ovih dana se puno zuji oko nosive elektronike - na primjer, Google se širi u posao s naočarima, dok se druge tvrtke trude svojim udjelom na tržištu visokotehnološkim isječcima i satovima koji prate što jedete i kako se krećete,
Povezani sadržaj
- Irski kardiolog čiji je izum spasio LBJ
- Elektronika koja se može rastopiti u vašem tijelu mogla bi promijeniti svijet medicine
Ali nijedan od njih nije ni nalik na ono što se razvija John Rogers, dobitnik nagrade za fizičku znanost Smithsonian American 2013. Vidite, njegov je uređaj dizajniran ne samo da bi mogao stati poput rukavica, već je možda jednog dana i spasio život korisnika.
Znanstvenik za materijale, zajedno sa svojim timom studenata na Sveučilištu Illinois u Urbana-Champaignu, uspješno je testirao ono što najbolje opisuje kao čarapu za srce. Uređaj, smješten na cijelom površinskom području srca, sastoji se od niza senzora koji s nenamjernom preciznošću nadgledaju rad ovog najvažnijeg organa. Ako otkrije zabrinjavajuće nepravilnosti, može prenijeti podatke medicinskim stručnjacima; u hitnim slučajevima, poput srčanog udara, čak može intervenirati davanjem impulsa izazvanog elektrodom.
Normalno da srce pumpa na tako efikasan način da ga teško primjećujemo. Ali, za one koji imaju srčani ritam, izvansrpske kontrakcije srca mogu biti oslabljujuće - uzrokujući nesvjesticu, slabost, povraćanje i bol u prsima, za one koji imaju aritmiju - ili, u nekim slučajevima, smrtonosne. Vremenom, ritmičke nepravilnosti mogu uzrokovati ugruške krvi (što ponekad dovodi do moždanog udara) i, u ekstremnim slučajevima, zastoj srca.
Liječnici obično mogu propisati lijekove za ispravljanje ove vrste problema. Ali u nekim se slučajevima pacijenti moraju obratiti kirurškim intervencijama kao što su pacemakeri ili implantati defibrilatora. I dok ti uređaji rade dovoljno, mehanizam koji koriste za regulaciju otkucaja osobe zapravo je prilično grub. S implantatima defibrilatora, par elektroda je smješten u srčanoj komori. Kad god se otkrije aritmija opasna po život, defibrilator šalje strujni udar koji vraća srce u normalan ritam. Problem s tim pristupom, kaže Rogers, je da aktivnost iz druge regije srca može, greškom, potaknuti bolni trzaj kad za to zaista nema potrebe.
Rogersov uređaj zatvara srce u mnogo sofisticiraniji osjetilni sustav koji može točno odrediti gdje se događa ritmička nepravilnost. U određenom smislu, djeluje poput živčanih završetaka na sekundarnoj koži.
„Ono što smo željeli je iskoristiti svu snagu krugova“, kaže Rogers o uređaju, koji je u izradi dvije i pol godine. „S puno elektroda uređaj može tempirati i potaknuti se na ciljanije način, Dostavljanje topline ili impulsa na određene lokacije, i to u mjerljivim dozama koje su dovoljno dovoljne, važno je jer primjena više nego što je potrebno nije samo bolno, već može oštetiti srce. "
Ovaj korak po korak dijagram prikazuje kako je stvoren srčani aparat. (Sveučilište Illinois i Sveučilište Washington) Uz potencijal kao hitni srčani implantat, elastičnost srčane čarape omogućava niz drugih elektroničkih i neelektronskih senzora koji mogu nadzirati razinu kalcija, kalija i natrija - koji se smatraju ključnim pokazateljima zdravlja srca. Membrana se također može programirati za praćenje promjena mehaničkog tlaka, temperature i pH vrijednosti (kiselosti), a sve to bi moglo pomoći u signalizaciji nadolazećeg srčanog udara.
Za izradu prototipa omotača, istraživači su prvo skenirali i 3D ispisali plastični model zečjeg srca. Zatim su preko kalupa uredili mrežu od 68 sićušnih elektronskih senzora, obloživši ih slojem materijala od silikonske gume koji je odobren od FDA. Nakon gumene garniture, Rogerovi laboratorijski lakovi ogulili su polimer pripremljen po mjeri.
Da bi testirali membranu, istraživači su je omotali oko pravog zečjeg srca, spojenog na mehaničku pumpu. Tim je konstruirao uređaj kao malo manji od stvarnog organa kako bi mu pružio nježan izgled na rukavicama.
"Ovdje je škakljiva stvar", kaže Rogers, da membrana treba biti dimenzionirana na način da može stvoriti dovoljno dovoljan pritisak da bi se elektrode držale u dovoljnom dodiru s površinom. Pritisak previše, uzrokovaće da srce reagira na negativan način. "
"Treba se točno uklopiti", dodaje.
Kao što je Michael McAlpine, inženjer strojarstva na Sveučilištu Princeton koji nije bio uključen u istraživanje, rekao The Scientist : " Ono što je ovdje novo i impresivno je da su integrirali brojne različite funkcionalnosti u membranu koja pokriva cijelu površinu srca . To širenje senzora omogućava visoku razinu prostorne razlučivosti za praćenje srca i nudi veću kontrolu kada je u pitanju stimulacija. "
Pa što će trebati da ovaj proboj prijeđe iz laboratorija do pacijenta? Rogers procjenjuje barem još jedno desetljeće razvoja prije nego što nešto može biti spremno za medicinsko tržište. U međuvremenu, on planira nastaviti suradnju s biomedicinskim inženjerom Sveučilišta Washington Igorom Efimovim kako bi potvrdio koncept u praktičnu, sigurnu i pouzdanu tehnologiju.
Jedna glavna prepreka je pronalaženje napajanja membrane bez uobičajenih baterija. Trenutno Rogers i njegov tim istražuju nekoliko alternativa, poput ultrazvučnog punjenja, metode u kojoj se snaga bežično prenosi putem kože, kao i pomoću piezoelektričnih materijala koji ubiru energiju iz okolnog okruženja. Za potonje, postoji jedan presedan za uspjeh. Prije dvije godine, inženjeri na Sveučilištu u Michiganu iskoristili su takve materijale da bi razvili pejsmejker pogonjen isključivo otkucajem njegova korisnika.
"Budući da pokušavamo ugraditi puno više senzora, kao i isporučiti električne impulse i toplinu, trebat će nam više energije od količine proizvedene za uobičajene pejsmejkere", kaže Rogers. "U budućnosti se nadamo da ćemo poboljšati učinkovitost."
Drugi ključni element je stvaranje načina da se podaci pošalju vanjskom uređaju kako bi pacijenti i stručnjaci mogli pristupiti njemu. Trenutačno, senzori bilježe stvari poput promjena temperature i PH, između ostalih obrazaca, ali znanstvenici još nisu pronašli način kako te podatke isporučiti bežičnim putem.
"Bluetooth komunikacija je slabo pokrenuta, pa gledamo na to", kaže Efimov. „U osnovi, uređaju će trebati više komponenti, a trebat će nam stručnjaci iz drugih područja poput elektronike, telemetrije i softvera. Stoga ćemo u konačnici morati prikupiti rizični kapital i osnovati tvrtku. "
U fokusu je da rukav djeluje kao praktičan uređaj; ne može se reći koliko će koštati proizvodnja ili, koliko će koštati potrošače kada se dođe na tržište.
Glavno je pitanje, na kraju, hoće li srčana čarapa funkcionirati sigurno i učinkovito in vivo ili na stvarnim živim ispitanicima. Pejsmejeri obično mogu trajati 10 godina. Dakle, da bi bilo praktično, Rogersov bi izum također trebao pokazati da može ostati operativan barem toliko dugo. Tim se priprema za sljedeći korak s pilotom koji će testirati membranu unutar živog zeca, test za koji se nadaju da će ga dovršiti financiranjem Nacionalnih zavoda za zdravstvo, zajedno s drugim nepovratnim sredstvima za koje osiguravaju rad. Ako sve pođe dobro, sljedeći test hoće li gadget popušiti je na ljudima.
