Draagbare, alles-in-één gezondheidsmonitor

Ingenieurs ontwikkelden een zachte, rekbare huidpleister die in de nek kan worden gedragen om continu de bloeddruk en hartslag te volgen en tegelijkertijd de glucose-, lactaat-, alcohol- of cafeïneniveaus van de drager te meten. Het is het eerste draagbare apparaat dat tegelijkertijd cardiovasculaire signalen en meerdere biochemische niveaus in het menselijk lichaam bewaakt.

Dit type wearable kan worden gebruikt door mensen met onderliggende medische aandoeningen om hun eigen gezondheid regelmatig te controleren. Het kan ook worden gebruikt voor patiëntbewaking op afstand, vooral tijdens de COVID-19-pandemie wanneer mensen persoonlijke bezoeken aan een zorgverlener minimaliseren.

Totaal verschillende sensoren worden samengevoegd op een enkel klein platform zo klein als een postzegel. Elke sensor geeft een apart beeld van een fysieke of chemische verandering. Door ze allemaal in één draagbare patch te integreren, kunnen die verschillende foto's samen worden gebruikt om een ​​uitgebreider overzicht te krijgen van wat er in het lichaam gebeurt.

De pleister is een dun vel rekbare polymeren die zich aan de huid kunnen aanpassen. Het is uitgerust met een bloeddruksensor en twee chemische sensoren - een die de niveaus van lactaat (een biomarker van lichamelijke inspanning), cafeïne en alcohol in zweet meet en een andere die het glucosegehalte in interstitiële vloeistof meet. De pleister kan drie parameters tegelijk meten, één van elke sensor:bloeddruk, glucose en lactaat, alcohol of cafeïne.

De bloeddruksensor bevindt zich in het midden van de pleister. Het bestaat uit een set kleine ultrasone transducers die met geleidende inkt aan de patch zijn gelast. Een spanning die op de transducers wordt toegepast, zorgt ervoor dat ze ultrasone golven het lichaam in sturen. Wanneer de ultrasone golven weerkaatsen op een slagader, detecteert de sensor de echo's en vertaalt de signalen in een bloeddrukmeting.

De chemische sensoren zijn twee elektroden die met geleidende inkt op de pleister zijn gezeefdrukt. De elektrode die lactaat, cafeïne en alcohol detecteert, is aan de rechterkant van de pleister gedrukt; het werkt door een medicijn genaamd pilocarpine in de huid af te geven om zweet op te wekken en de chemische stoffen in het zweet te detecteren. De andere elektrode, die glucose detecteert, is aan de linkerkant gedrukt; het werkt door een milde elektrische stroom door de huid te sturen om interstitiële vloeistof vrij te geven en de glucose in die vloeistof te meten.

In tests droegen proefpersonen de pleister om de nek terwijl ze verschillende combinaties van de volgende taken uitvoerden:sporten op een hometrainer, een maaltijd met veel suiker eten, een alcoholische drank drinken en een cafeïnehoudende drank drinken. De metingen van de pleister kwamen nauw overeen met de metingen die werden verzameld door commerciële meetapparatuur zoals een bloeddrukmanchet, bloedlactaatmeter, glucometer en ademanalyseapparaat.

Een van de grootste uitdagingen bij het maken van de patch was het elimineren van interferentie tussen de signalen van de sensoren. Om dit te doen, moesten de onderzoekers de optimale afstand tussen de bloeddruksensor en de chemische sensoren bepalen. Ze ontdekten dat één centimeter afstand voldoende was, terwijl het apparaat zo klein mogelijk bleef.

Ze moesten ook uitzoeken hoe ze de chemische sensoren fysiek konden afschermen van de bloeddruksensor. De laatste is normaal gesproken uitgerust met een vloeibare ultrasone gel om duidelijke metingen te produceren. Maar de chemische sensoren zijn ook uitgerust met hun eigen hydrogels en als er vloeibare gel uit de bloeddruksensor stroomt en contact maakt met de andere gels, zal dit interferentie tussen de sensoren veroorzaken. In plaats daarvan gebruikten de onderzoekers een vaste ultrasone gel die net zo goed werkt als de vloeibare versie, maar zonder lekkage.

Lopend werk omvat het verkleinen van de elektronica voor de bloeddruksensor. Op dit moment moet de sensor worden aangesloten op een stroombron en een tafelmodel om de meetwaarden weer te geven. Het uiteindelijke doel is om deze allemaal op de patch te zetten en alles draadloos te maken.