皮肤补丁跟踪血压和水平的酒精和咖啡因

加州大学圣地亚哥分校的工程师们开发了一种柔软、有弹性的皮肤补丁,可以戴在脖子上,不断跟踪血压和心率的同时测量佩戴者的葡萄糖和乳酸的水平,酒精或咖啡因。这是第一可穿戴设备监测心血管信号和人体中的多个生化水平在同一时间。

”这种类型的可穿戴会非常有利于有潜在疾病定期监测自己的健康,”陆说,在加州大学圣地亚哥分校博士生纳米工程的co-first作者研究发表在2月15日自然生物医学工程。”也作为一个伟大的工具为远程病人监测,特别是在COVID-19流行当人们最小化之间的互访诊所。”

这种装置可以受益个人管理高血压和糖尿病高危,人也变得与COVID-19重病。它也可以用来检测脓毒症的发病特点的血压突然下降伴随着乳酸水平快速上升。

一个软皮补丁,可以做到将还提供了一个方便的替代患者在重症监护病房,包括在NICU的婴儿,他需要连续监测血压等生命体征。目前这些过程涉及插入导管深处病人的动脉和拘束患者多个医院的监控。

“新奇的是,我们采取完全不同的传感器并将它们合并在一起在一个小平台,小如一张邮票,”约瑟夫说,加州大学圣地亚哥分校的纳米工程教授和这项研究的共同通讯作者。“我们可以收集如此多的信息与这一个可穿戴的和非侵入性的方式,不会引起不适或日常活动中断。”

新补丁是一个产品的两个开拓性的努力在加州大学圣地亚哥分校中心可穿戴传感器、王担任导演。王的实验室一直在开发这套能够同时监控多个信号——化学,物理和电生理学的——在体内。在实验室和加州大学圣地亚哥分校的纳米工程盛徐教授,研究人员一直在开发软、有弹性的电子皮肤补丁,可以监控血压的身体深处。通过加入部队,研究者创造了第一个灵活、可伸缩可穿戴设备相结合的化学传感(葡萄糖、乳酸、酒精和咖啡因)和血压监测。

“每个传感器提供了一个单独的物理或化学变化的照片。将它们集成在一个可穿戴的补丁让我们得到更全面的把这些不同的照片拼合在一起的概述在我们的身体发生了什么,”徐说,他也是这项研究的共同通讯作者。

的所有交易

补丁是一层很薄的弹性聚合物能够符合皮肤。配备一个血压传感器和两个化学传感器——一个测量乳酸水平(体力活动)的生物标志物,咖啡因和酒精在流汗,组织液中的葡萄糖水平,另一个措施。

补丁能够测量三个参数,一个从每个传感器:血压、葡萄糖和乳酸,酒精或咖啡因。“从理论上讲,我们可以检测它们在同一时间,但这将需要不同的传感器设计,“殷说,世卫组织还在王的实验室博士生。

血压传感器位于中心的补丁。它由一组小型超声波传感器焊接导电墨水的补丁。传感器的电压使他们发送超声波进入身体。超声波动脉反射回来时,传感器检测到的回声和信号转换为测量血压。

化学传感器是屏幕印在两个电极导电墨水的补丁。乳酸感官的电极,咖啡因和酒精是印在右边的补丁;它通过释放一种叫做毛果芸香碱的药物进入皮肤引起汗水和检测化学物质的汗水。另一个电极,感官葡萄糖,是印在左边;它通过轻微的电流通过皮肤释放组织液和测量葡萄糖液。

研究人员感兴趣的血压测量这些特定的生物标记,因为它们的影响。“我们选择参数,将会给我们一个更准确,更可靠的血压测量,“co-first作者Juliane Sempionatto,博士生在王的纳米工程实验室。

“假设你是监测你的血压,你看到白天峰值,觉得有点不对劲。但生物标志物阅读可以告诉你如果这些峰值是由于酒精或咖啡因的摄入量。这种传感器的结合可以给你这样的信息,“她说。

在测试中,受试者戴脖子上的补丁在执行以下任务的各种组合:在静止的自行车锻炼;吃高糖餐;喝酒精饮料;和喝含咖啡因的饮料。测量从收集的补丁非常匹配商业监控设备如血压计,血乳酸米,glucometer和酒精。测量人的咖啡因含量验证测量的汗水样品在实验室里掺入了咖啡因。

工程的挑战

在补丁的最大挑战之一是消除传感器的信号之间的干扰。要做到这一点,研究人员必须找出最优间距血压传感器和化学传感器。他们发现一厘米的间距起了作用,同时保持设备尽可能小。

研究人员还必须找出如何身体保护血压传感器的化学传感器。后者通常配有液体超声波凝胶以产生清晰的阅读。但化学传感器也配备了自己的水凝胶,问题是,如果任何液体凝胶从血液压力传感器流出,使接触其他凝胶,它将导致传感器之间的干扰。所以,研究人员使用一个固体超声凝胶,他们发现工作以及液体版本但没有泄漏。

“找到合适的材料,优化总体布局,整合不同的电子以无缝的方式在一起,花了大量的时间来克服这些挑战,”林co-first作者央说,一个博士生在徐的纳米工程实验室。“我们很幸运,有这个伟大的合作在我们的实验室和王教授的实验室。它如此有趣和他们一起工作在这个项目上。”

下一个步骤

团队已经在工作上一个新版本的补丁,有更多的传感器。“有机会监测其他生物标记物与多种疾病相关。我们希望这个设备添加更多的临床价值,”Sempionatto说。

正在进行的工作还包括收缩血压的电子传感器。现在,需要对传感器连接到一个电源和一个台式机器来显示其读数。最终目标是把这些所有的补丁,让一切无线。

“我们想要一个完整的系统,完全可穿戴,”林说。

参考:

殷Sempionatto JR,林M, L,等。一种表皮补丁同步监测血流动力学和代谢生物标记。自然生物医学工程。2月15日在线发表2021:1-12。doi:10.1038 / s41551 - 021 - 00685 - 1

本文从以下转载材料。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。