Zachte halsplaster: Eerste all-in-one wearable voor continue bloeddruk, hartslag en biochemische monitoring

Ingenieurs hebben een zacht, elastisch hulsplaster ontwikkeld dat op de hals kan worden gedragen om continu bloeddruk en hartslag te meten, terwijl tegelijkertijd de glucose-, lactaat-, alcohol- of caffeïnegehalten van de drager worden gemeten. Het is het eerste wearable apparaat dat cardiovasculaire signalen en meerdere biochemische niveaus in het menselijk lichaam tegelijkertijd monitort.

Deze wearable kan worden gebruikt door mensen met onderliggende medische aandoeningen om hun gezondheid regelmatig in de gaten te houden. Het kan ook dienen voor remote patiëntmonitoring, vooral tijdens de COVID-19-pandemie wanneer mensen fysieke bezoeken aan zorgverleners minimaliseren.

Völlig verschillende sensoren zijn samengevoegd op een enkel klein platform van de grootte van een postzegel. Elke sensor levert een apart beeld van een fysieke of chemische verandering. Het integreren ervan in één wearable plaster stelt in staat om die verschillende beelden samen te gebruiken voor een meer uitgebreid overzicht van wat er in het lichaam gebeurt.

Het plaster is een dun vel van elastische polymeren dat zich aan de huid kan aanpassen. Het is uitgerust met een bloeddruksensor en twee chemische sensoren — één die lactaat (een biomarker voor fysieke inspanning), caffeïne en alcohol in zweet meet, en een andere die glucoseniveaus in interstitiële vocht meet. Het plaster kan drie parameters tegelijk meten, één per sensor: bloeddruk, glucose, en lactaat, alcohol of caffeïne.

De bloeddruksensor zit nabij het midden van het plaster. Deze bestaat uit een set kleine ultrasoonschakelaars die met conductieve inkt aan het plaster zijn gelast. Een spanning die aan de schakelaars wordt toegepast, zorgt ervoor dat ze ultrasoongolven in het lichaam zenden. Wanneer de ultrasoongolven afkaatsen op een slagader, detecteert de sensor de echo's en vertaalt de signalen naar een bloeddrukmeting.

De chemische sensoren zijn twee elektroden die met conductieve inkt op het plaster zijn gescreend. De elektrode die lactaat, caffeïne en alcohol meet, is aan de rechterkant geprint; deze werkt door een middel genaamd pilocarpine in de huid vrij te maken om zweet te stimuleren en de chemische stoffen in het zweet te detecteren. De andere elektrode, die glucose meet, is aan de linkerkant geprint; deze werkt door een milde elektrische stroom door de huid te laten lopen om interstitiële vocht vrij te maken en de glucose in dat vocht te meten.

In testen droegen proefpersonen het plaster op de hals terwijl ze diverse taken uitvoerden: fietsen op een hometrainer, een hoog-suikerrijk maaltijd eten, een alcoholische drank nuttigen en een cafeïnehoudende drank nuttigen. Metingen van het plaster kwamen nauw overeen met die van commerciële monitoringapparaten zoals een bloeddrukmanschet, lactaatmeter, glucometer en alcoholtester.

Eén van de grootste uitdagingen was het elimineren van interferentie tussen de sensoren. Hiervoor moesten de onderzoekers de optimale afstand tussen de bloeddruksensor en de chemische sensoren bepalen. Ze vonden dat één centimeter spacing voldeed, terwijl het apparaat zo klein mogelijk bleef.

Ze moesten ook uitvinden hoe de chemische sensoren fysiek te beschermen tegen de bloeddruksensor. De laatste wordt normaal geleverd met vloeibaar ultrasoongel voor duidelijke metingen. Maar de chemische sensoren hebben ook hun eigen hydrogels, en als vloeibaar gel van de bloeddruksensor uitloopt en contact maakt met de andere gels, ontstaat interferentie. In plaats daarvan gebruikten de onderzoekers een vast ultrasoongel dat even goed werkt maar zonder lekkage.

Lopend werk omvat het verkleinen van de elektronica voor de bloeddruksensor. Op dit moment moet de sensor verbonden zijn met een voedingsbron en een bankapparaat om de metingen weer te geven. Het uiteindelijke doel is om al dit op het plaster te integreren en alles draadloos te maken.