Baby's op de neonatale intensive care (NICU) zijn klein, fragiel en bedekt met draden. Draden voor het bewaken van de hartslag, draden voor het bewaken van de bloeddruk, draden voor het bewaken van de temperatuur, draden voor het bewaken van de bloedoxygenatie. Het maakt het moeilijk voor de baby's om met hun kleine armen te zwaaien, en het maakt het zelfs nog moeilijker voor ouders om ze aan te raken, laat staan om ze op te pakken.
gerelateerde inhoud
- Zal deze kunstmatige baarmoeder ooit de zorg voor preemies verbeteren?
Nu, dankzij een vooruitgang in de materiaalkunde, kunnen die draden uiteindelijk verdwijnen. Onderzoekers van de Northwestern University hebben ongelooflijk dunne, rekbare elektronische patches ontwikkeld voor het bewaken van een breed scala aan vitale functies en lichaamsbewegingen.
Deze patches "hebben het sterke potentieel om menselijke gezondheidszorg en revalidatie veel efficiënter en effectiever te maken", zegt John Rogers, de wetenschappers die het onderzoek hebben geleid.
De patches, die nu in menselijke proeven zijn, lijken min of meer op tijdelijke tatoeages. Ze worden gemaakt door kleine halfgeleiderchips op een rekbaar substraat te plaatsen. Het substraat is ingebed met golvende patronen van metalen filamenten, die het mogelijk maken om elektrische signalen te dragen. Het hele ding gebruikt kleine antennes om informatie draadloos te verzenden, zodat ze niet aan draden of slangen hoeven te worden bevestigd. Rogers noemt de patches 'epidermale elektronica'.
Het voordeel voor baby's in de NICU is duidelijk - in vroege proeven had één baby die de draden van traditionele sensoren steeds af trok, helemaal geen last van de epidermale elektronica. Maar het zijn niet alleen NICU-baby's die er baat bij hebben. Rogers en zijn team testen ook epidermale elektronica op verschillende gebieden. Een gebied is revalidatiegeneeskunde. Vanaf juni start het team van Rogers met een onderzoek naar patiënten met de ziekte van Parkinson, die vaak worden verzwakt door onvrijwillige trillingen. De proef omvat het plaatsen van pleisters op verschillende plaatsen over het hele lichaam en deze gebruiken om spieractiviteit en bewegingskenmerken te meten.
"Het doel is om voldoende nauwkeurige analyses te ontwikkelen die ons in staat zouden kunnen stellen het echt vroege begin van tremoren te bepalen, de ontwikkeling van de ziekte te karakteriseren, en ook om de werkzaamheid van de medicijnen te bepalen, " zegt Rogers.
Door de neuromusculaire activiteit van patiënten te monitoren, konden onderzoekers op basis van minieme toenames in tremoren zelfs achterhalen of patiënten hun medicijnen hadden overgeslagen.
Dezelfde technologie kan nuttig zijn voor patiënten met een beroerte, waardoor artsen hun voortgang kunnen volgen terwijl ze thuis revalideren.
Rogers en zijn team proberen ook epidermale elektronica uit met verschillende professionele sportteams (Rogers is niet vrij om te zeggen welke, maar ze omvatten voetbal-, honkbal- en basketbalteams). De technologie zou de trainingsvoortgang kunnen volgen, waardoor coaches bijvoorbeeld kunnen zien of een werper de juiste vorm gebruikt. Het kan ook de kleine veranderingen in de beweging volgen die vermoeidheid op het veld aangeven, waardoor coaches kunnen zien wanneer een speler te moe wordt om optimaal te spelen, lang voordat het voor iemand anders duidelijk is.
"Het idee is om deze apparaten zo te ontwerpen dat je de hartslag, pitching-mechanica, vrije worp-mechanica [en meer] kunt volgen, " zegt Rogers.
Rogers werkt al jaren aan flexibele elektronische technologie. In 2011 publiceerde hij een artikel in Science over een prototype van zijn huidpleisters, dat hij later verbeterde om ze duurzamer te maken. In 2015 kwam zijn laboratorium uit met een versie van de pleisters die de bloedstroom konden meten, terwijl ze vorig jaar een patch creëerden om zweet op biochemische markers te analyseren. In een commentaar op Rogers 'werk in Science schreef ingenieur Zhenqiang Ma dat epidermale elektronica mogelijk veel van de huidige problemen met gezondheidsmonitoring zou kunnen oplossen en "monitoring eenvoudiger, betrouwbaarder en ononderbroken zou kunnen maken". Hij schreef ook dat "andere soorten elektronische skins met toepassingen die verder gaan dan fysiologie, zoals lichaamswarmte oogsten en draagbare radio's, ook kunnen wijzen op interessante aanwijzingen voor toekomstig werk."
Hoewel Rogers wordt beschouwd als de vader van epidermale elektronica, werken een aantal onderzoekers op een aantal manieren aan het verbeteren van de technologie. Sommigen geloven dat flexibele elektronica op een dag zal worden gebruikt voor toepassingen buiten de huid, zoals pacemakers, en zelfs alomtegenwoordig kan worden als continue gezondheidsmonitors die constant dingen controleren zoals zuurstofgehalte in het bloed en bloedsuiker. Onderzoekers van Stanford tot MIT tot universiteiten in Japan en Zweden werken aan verschillende aspecten van flexibele elektronica, waaronder het kleiner en duurzamer maken van de technologie.
Het cosmeticabedrijf Laroche-Posay heeft een hartvormige pleister gemaakt voor het monitoren van UV-blootstelling; er is momenteel een wachtlijst voor het apparaat. In tegenstelling tot de epidermale elektronica van Rogers, die gegevens draadloos overbrengt, werkt de UV-patch door van kleur te veranderen; een bijbehorende smartphone-app leest de kleurveranderingen en vertelt je of je te lang in de zon hebt gelegen.
Na 10 jaar werk met het creëren van epidermale elektronica, gaan de resterende uitdagingen minder over engineering dan over optimalisatie en beveiliging, zegt Rogers. Omdat de apparaten draadloos verzenden, is gegevenscodering een punt van zorg. Rogers hoopt ook de apparaten verder te ontwikkelen, waardoor ze mogelijk biovloeistoffen zoals zweet kunnen bemonsteren en chemische analyses kunnen uitvoeren van biomarkers die wijzen op gezondheid of ziekte. (Rogers heeft al werk verricht op dit gebied) Het team onderzoekt ook apparaten om vloeistoffen door de huid te brengen, wat een onopvallende manier kan zijn om medicijnen te geven.
"We zijn er behoorlijk optimistisch over", zegt Rogers. "Er zijn veel dingen die we vandaag kunnen doen, en er is veel potentieel voor extra dingen in de toekomst."
