Международная группа исследователей разработала новый тип носимого биосенсора, который не приклеивается к коже, а буквально наносится на неё как краска. После высыхания материал образует тонкий гибкий электрод, способный непрерывно регистрировать физиологические сигналы человека даже во время интенсивной физической нагрузки.
Работа выполнена учёными Пенсильванского университета, Массачусетского технологического института (MIT) и Сучжоуского института биомедицинской инженерии и технологий (Китай). Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Одной из главных проблем существующих носимых устройств остаётся ухудшение контакта с кожей при движении и потоотделении. Липкие медицинские электроды постепенно отклеиваются, а датчики в смарт-часах не всегда способны точно измерять сложные физиологические параметры.
Новая разработка представляет собой биосовместимый полимерный состав, который после нанесения образует прочную, эластичную и хорошо проводящую ток плёнку. В ходе экспериментов такие электроды успешно регистрировали электрокардиограмму (ЭКГ), мышечную активность (ЭМГ) и электрическую активность мозга (ЭЭГ).
Особенно показательной оказалась серия испытаний на беговой дорожке. Даже после появления пота качество регистрации ЭКГ сохранялось на уровне 95,1%, что свидетельствует о высокой стабильности контакта электрода с кожей.
Дышит вместе с кожей
Одним из ключевых преимуществ новой технологии стала высокая паропроницаемость материала. Исследователи отмечают, что именно способность пропускать водяной пар определяет комфорт длительного ношения и снижает риск раздражения кожи.
Основу покрытия составляет проводящий полимер PEDOT:PSS, широко применяемый в органической электронике. Для повышения гибкости и электропроводности в состав добавили 4-додецилбензолсульфоновую кислоту (DBSA), а смесь воды, этанола и поливинилового спирта (PVA) позволила получить легко наносимый состав, получивший обозначение WE-PPD.
Испытания показали, что при температуре 37 °C, близкой к температуре человеческого тела, новое покрытие пропускает водяной пар более чем в десять раз лучше, чем широко используемая медицинская плёнка Tegaderm. При комнатной температуре преимущество составило почти пятикратное.
Кроме того, материал выдерживает растяжение примерно до 170% без разрушения, что позволяет ему повторять движения кожи без потери функциональности.
Возможности применения
По мнению авторов, технология может использоваться не только для длительного медицинского мониторинга взрослых пациентов, но и значительно облегчить наблюдение за детьми. Электроды можно выполнять в виде ярких рисунков или мультяшных персонажей, что снизит тревожность маленьких пациентов и сделает процедуры менее пугающими.
В перспективе подобные «электронные татуировки» могут найти применение в интерфейсах человек–машина, спортивной медицине, реабилитации, дистанционном мониторинге здоровья, а также в необычных областях — например, для контроля физиологического состояния растений в сельском хозяйстве.
До практического применения ещё предстоит путь
Несмотря на многообещающие результаты, разработчики подчёркивают, что технология находится на стадии исследований. В испытаниях добровольцы носили электроды 24 часа, и за это время никаких побочных реакций кожи обнаружено не было. Однако перед клиническим использованием предстоят более длительные исследования биосовместимости и безопасности.
Отдельное внимание потребуется уделить совместимости материала с магнитно-резонансной томографией (МРТ). Учёные планируют дополнительно изучить возможный радиочастотный нагрев электродов и их взаимодействие с сильными магнитными полями, чтобы исключить риск перегрева во время обследований.
Если дальнейшие испытания подтвердят безопасность и эффективность новой технологии, наносимые на кожу электронные покрытия могут стать новым поколением носимой электроники — более удобным, долговечным и практически незаметным для пользователя.
Источник: https://gizmodo.com/scientists-created-a-wearable-you-can-paint-directly-onto-your-skin-2000784919
Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
