Ових дана се доста зуји око носиве електронике - на пример, Гоогле се шири у посао са наочарима, док друге компаније траже свој део тржишта високотехнолошким клиповима и сатовима који прате шта једете и како се крећете .
Сличан садржај
- Ирски кардиолог чији је изум спасио ЛБЈ
- Електроника која се може отопити у вашем телу могла би променити свет медицине
Али ниједан од њих није ни налик ономе што се развија Јохн Рогерс, добитник награде за физичке науке Смитхсониан из 2013. године. Његов уређај је направљен да не само да одговара попут рукавица, већ ће можда и једног дана спасити живот корисника.
Научник за материјале, заједно са својим тимом студената на Универзитету Илиноис у Урбана-Цхампаигну, успешно је тестирао оно што је најбоље описано као чарапу за срце. Уређај смештен на целој површини срца, састоји се од низа сензора који са неприметном прецизношћу прате унутрашњост овог најважнијег органа. Ако открије забрињавајуће неправилности, може пренијети податке медицинским стручњацима; у хитним случајевима, на пример током срчаног удара, могао би чак да интервенише давањем импулса изазваног електродом.
Нормално, срце пумпа на тако ефикасан начин да је тешко приметити да делује. Али за оне са срчаним ритмом, ван-синхронизирање срчаних контракција може бити ослабљујуће - узрокујући несвестицу, слабост, повраћање и бол у грудима, за оне који имају аритмију - или, у неким случајевима, смртоносне. Временом, ритмичке неправилности могу изазвати крвне угрушке (што понекад доводи до можданих удара) и, у екстремним случајевима, застој срца.
Лекари обично могу прописати лекове да исправе овакве проблеме. Али у неким се случајевима пацијенти морају окренути хируршким интервенцијама као што су пејсмејкери или имплантати дефибрилатора. И док ти уређаји раде довољно, механизам који користе да регулишу рад срца отприлике је прилично груб. Са имплантатима дефибрилатора, пар електрода је смештен унутар срчане коморе. Кад год се утврди опасна по живот аритмија, дефибрилатор шаље струјни удар који враћа срце назад у нормалан ритам. Проблем са тим приступом, каже Рогерс, је да активност из другог подручја срца може, грешком, покренути болан трзај кад за то заиста нема потребе.
Рогерсов уређај затвара срце у много софистициранијем сензорном систему који може тачно утврдити где се јавља ритмичка неправилност. У одређеном смислу, делује попут нервних завршетака на секундарној кожи.
„Оно што смо желели било је да искористимо сву снагу кругова“, каже Рогерс о уређају, који је у изради две и по године. „Са пуно електрода, уређај може темпорати и стимулисати се на више циљани начин . Испорука топлоте или импулса на одређене локације и то у мерљивим дозама које су довољно довољне, важно је јер наношење више него што је потребно није само болно, већ може оштетити срце. "
![Овај корак по корак дијаграм илуструје како је створен срчани апарат.](http://frosthead.com/img/articles-innovation/47/this-wearable-heart-sock-may-someday-save-lives.jpg)
Поред потенцијала хитног срчаног имплантата, еластичност чарапа омогућава низ других електронских и неелектронских сензора који могу да прате ниво калцијума, калијума и натријума - који се сматрају кључним показатељима здравља срца. Мембрана се такође може програмирати тако да прати промене механичког притиска, температуре и нивоа пХ (киселости), што све може помоћи у сигнализацији надолазећег срчаног удара.
Да би направили прототип омотача, истраживачи су прво скенирали и 3Д штампали пластични модел зечјег срца. Затим су уредили мрежу од 68 сићушних електронских сензора преко калупа, обложивши их слојем силиконског гуменог материјала одобреног од ФДА. Након гуменог комплета, Рогерсови лабораторијски сарадници огулили су полимер припремљен по мери.
Да би тестирали мембрану, истраживачи су је омотали око правог зечјег срца, спојеног на механичку пумпу. Тим је конструисао уређај тако да је мало мањи од стварног органа како би му омогућио нежно подешавање рукавица.
"Овде је шкакљива ствар", каже Рогерс, "да мембрана треба бити димензионирана на начин да може створити довољно притисак да електроде задрже довољан контакт са површином. Притисак превише, узроковаће да срце одговори на негативан начин. "
"Треба да се уклопи управо како треба", додаје он.
Као што је Мицхаел МцАлпине, инжењер машине на Универзитету Принцетон који није био укључен у истраживање, рекао за Тхе Сциентист : „ Оно што је ново и импресивно овде је да су они интегрисали бројне различите функционалности у мембрану која покрива цијелу површину срца. То ширење сензора омогућава висок ниво просторне резолуције за праћење срца и нуди већу контролу када је у питању стимулација. "
Па шта ће требати да овај пробој пређе из лабораторије до пацијента? Рогерс процјењује барем још једну деценију развоја прије него што би нешто могло бити спремно за медицинско тржиште. У међувремену, он планира да настави сарадњу са биомедицинским инжењером Универзитета Вашингтон Игором Ефимовим да би побољшао доказ концепта у практичну, сигурну и поуздану технологију.
Главна препрека је проналажење напајања мембране без конвенционалних батерија. Тренутно Рогерс и његов тим истражују неколико алтернатива, попут ултразвучног пуњења, методе у којој се снага преноси бежично кроз кожу, као и користећи пиезоелектричне материјале који улове енергију из околног окружења. За ово друго постоји преседан за успех. Пре две године, инжењери са Универзитета у Мичигену искористили су такве материјале да би развили пејсмејкер погоњен искључиво откуцајем срца његовог корисника.
"Будући да покушавамо да уградимо много више сензора, као и да испоручујемо електричне импулсе и топлоту, требаће више енергије од количине произведене за уобичајене пејсмејкере", каже Рогерс. "У будућности се надамо да ћемо побољшати ефикасност."
Други кључни елемент је проналажење начина да се подаци пошаљу спољном уређају како би пацијенти и специјалисти могли да му приступе. Тренутно, сензори бележе ствари попут промене температуре и ПХ, између осталих образаца, али научници тек треба да пронађу начин за пренос тих података бежичним путем.
"Блуетоотх комуникација је слабо покренута, тако да гледамо на то", каже Ефимов. „У основи, уређају ће бити потребно више компоненти и требат ће нам стручњаци из других области попут електронике, телеметрије и софтвера. Дакле, на крају, морат ћемо прикупити ризични капитал и покренути компанију. "
Управо је у фокусу стварање рукава као практичног уређаја; не може се рећи колико ће коштати производња или колико ће то коштати потрошаче када се дође на тржиште.
Главно питање је, на крају, да ли ће чарапа срца функционисати сигурно и ефикасно ин виво, или код стварних испитаника који су живи. Пејсмејкери обично могу трајати 10 година. Дакле, да би био практичан, Рогерсов изум би такође морао да покаже да може остати оперативан бар толико дуго. Тим се припрема за следећи корак са пилотом који ће тестирати мембрану унутар живог зеца, тест за који се надају да ће га употпунити финансирањем Националних института за здравство, заједно са другим грантовима које раде како би обезбедили. Ако све пође добро, следећи тест да ли ће гадгет бити удобан биће на људима.