Super Thin Skin Patch kann Herz, Muskeln, Nerven und andere Körperfunktionen überwachen

Ein superdünnes Hautpflaster, das wie ein temporäres Tattoo auf der Haut befestigt wird, verfügt über eine Reihe von elektronischen Komponenten, die spüren können, was im Körper vor sich geht und mit diagnostischen Geräten kommunizieren, wie Forscher der University of Illinois in der Zeitschrift enthüllen Wissenschaft.
Teamleiter John A. Rogers erklärte, dass der Kreislauf des Pflasters biegsam ist, Falten wirft und sich mit der Haut streckt, ohne seine Funktion zu beeinträchtigen. Das Patch enthält eine Reihe von elektronischen Komponenten, die auf einem dünnen, gummiartigen Substrat montiert sind und Transistoren, Hochfrequenzkondensatoren, drahtlose Antennen, Leitungsspulen, Solarzellen für Strom, LEDs und Sensoren enthalten.
Rogers sagte:

"Wir haben alles in unsere Trickkiste auf diese Plattform geworfen und dann noch ein paar neue Ideen hinzugefügt, um zu zeigen, dass wir es zum Laufen bringen können."

Zunächst wird das Pflaster auf eine dünne Folie aus wasserlöslichem Kunststoff aufgebracht und dann mit Wasser auf die menschliche Haut laminiert - ähnlich wie bei einer temporären Tätowierung. Tatsächlich könnten die Komponenten direkt auf ein temporäres Tattoo selbst aufgebracht werden, wodurch es praktisch unmerklich wird.
Co-Anführer Todd Coleman sagte:

"Wir denken, dass dies ein wichtiger konzeptioneller Fortschritt in der tragbaren Elektronik sein könnte, um etwas zu erreichen, das für den Träger fast unbemerkbar ist. Die Technologie kann Sie auf sehr natürliche Weise mit der physischen Welt und der Cyberwelt verbinden, was sich sehr angenehm anfühlt."

Es gibt mehrere mögliche biomedizinische Anwendungen für das Hautpflaster, erklärten die Autoren, sie könnten als EMG- oder EEG-Sensoren zur Überwachung der Muskel- und Nervenaktivität verwendet werden. Sie benötigen kein leitfähiges Gel, Hautpenetrationsstifte, sperrige Drähte oder Bänder, die nicht nur unbequem für den Patienten sind, sondern auch die Kopplungseffizienz begrenzen.

Die Autoren sagen, dass der Hautpflaster für den Patienten viel weniger umständlich und bequemer ist als herkömmliche Elektroden - er / sie hat völlige Bewegungsfreiheit.
Coleman, der jetzt an der Universität von Kalifornien in San Diego arbeitet, sagte:

"Wenn wir die Gehirnfunktion in einer natürlichen Umgebung verstehen wollen, ist das völlig inkompatibel zu EEG-Studien in einem Labor. Der beste Weg dazu ist, neuronale Signale in natürlichen Umgebungen aufzuzeichnen, mit Geräten, die für den Benutzer unsichtbar sind."

Die Überwachung des Patienten in einer natürlichen Umgebung macht es einfacher, dies kontinuierlich zu tun, für kognitiven Zustand, Wohlbefinden, Gesundheit und verschiedene Körperfunktionen und Routinegewohnheiten, wie zum Beispiel Verhaltensmuster während des Schlafes.
Ein Patient mit ALS könnte ein auf der Haut befestigtes elektronisches Gerät verwenden, wie dieses Hautpflaster, um mit Computern zu kommunizieren oder eine Schnittstelle zu ihnen herzustellen.

Die Forscher fanden heraus, dass die Sensoren, wenn sie auf die Kehlhaut aufgetragen werden, Muskelbewegungen für einfache Sprache unterscheiden können. Die Forscher haben sogar die elektronischen Patches verwendet, um ein Videospiel zu steuern, und demonstrierten damit das Potenzial für eine Mensch-Computer-Schnittstelle.
Rogers sagte:

"Unsere bisherigen dehnbaren elektronischen Vorrichtungen sind nicht gut auf die Mechanophysiologie der Haut abgestimmt. Insbesondere ist die Haut im Vergleich dazu extrem weich und ihre Oberfläche kann rauh sein, mit einer signifikanten mikroskopischen Textur. Diese Merkmale erfordern unterschiedliche Arten von Ansätzen und Design-Prinzipien."

Die Wissenschaftler aus Illinois arbeiteten mit Ingenieuren der Northwestern University unter der Leitung von Yonggang Huang zusammen, um einige Probleme mit Mechanik und Materialien zu lösen. Sie entwickelten eine Gerätegeometrie, in der die Schaltkreise für verschiedene Geräte als winzige, gewellte Drähte hergestellt werden - bekannt als fadenförmige Serpentine. Wenn sie auf dünnes, weiches Gummiblatt gelegt wird, kann sich die schlangenförmige Wellenform biegen, verdrehen und knittern, ohne dass dabei Funktionalität verloren geht.
Huang sagte:

"Die Verwischung von Elektronik und Biologie ist hier wirklich der Schlüsselpunkt. Alle etablierten Formen der Elektronik sind hart, starr. Biologie ist weich, elastisch. Es sind zwei verschiedene Welten. Dies ist eine Möglichkeit, sie wirklich zu integrieren."

Die Autoren sagen, dass die Patches einfach zu skalieren und herzustellen sind, da sie einfache Anpassungen von Techniken verwendeten, die in der Halbleiterindustrie verwendet werden. Das von Rogers mitbegründete Unternehmen mc10 arbeitet derzeit daran, einige Versionen dieser Technologie zu kommerzialisieren.
Die Forscher planen, dem Gerät Wi-Fi-Fähigkeiten hinzuzufügen und alles darin zu integrieren, so dass alle Komponenten und Schaltungen als System zusammenarbeiten können, und zwar einzeln.
Rogers sagte:

"Die Vision besteht darin, diese Konzepte in Systemen zu nutzen, die eine in sich geschlossene, integrierte Funktionalität haben und vielleicht letztendlich in einer therapeutischen Weise mit einer geschlossenen Rückkopplungssteuerung auf der Grundlage integrierter Sensoren in einer koordinierten Weise mit dem Körper selbst arbeiten."

Geschrieben von Christian Nordqvist