211service.com
Ett bandage som känner av skakningar, ger droger och håller ett register
För att ge en förhandstitt på hur framtida bärbar medicinsk utrustning kan se ut, har forskare i Korea byggt en hudplåster som är tunnare än ett pappersark och som kan upptäcka subtila skakningar, släppa ut läkemedel som lagras inuti nanopartiklar på begäran och registrera all denna aktivitet för granska senare.
Läkemedelsplåster : En ny prototyp av ett elektroniskt hudplåster kan upptäcka muskelskakningar och leverera läkemedel från nanopartiklar.
Medan den fortfarande är under utveckling kan tekniken en dag vara användbar för personer som lider av Parkinsons sjukdom eller andra rörelsestörningar. Systemet representerar en ny riktning inom personlig hälsovård som så småningom kommer att möjliggöra avancerad diagnostik och terapi på enheter som kan bäras som ett barns tillfälliga tatuering, säger Dae-Hyeong Kim, biträdande professor i kemi och biologisk teknik vid Seoul National University, som ledde arbetet (se Innovators Under 35: Dae-Hyeong Kim ).
Arbetet gjordes med forskare vid MC10, en startup i Cambridge, Massachusetts, som arbetar med att kommersialisera den underliggande töjbara elektroniken. MC10, som har investeringar från stora medicintekniska företag inklusive Medtronic, samarbetar med partners inom läkemedels- och medicinteknisk industri för att lansera produkter som skulle göra en del av vad den koreanska gruppen visade: upptäcka och lagra signaler som skakningar, andning, hjärtfrekvens, och temperatur så att läkare kan granska data om neuromuskulära och kardiovaskulära störningar.
Befintliga klasser av elektronik är stela och förpackade, vilket leder till skrymmande strap-on monitorer; den nya tekniken skulle vara diskret och praktiskt taget obemärkt av bäraren, säger Roozbeh Ghaffari, medgrundare av MC10 (se Innovators Under 35: Roozbeh Ghaffari).
TILL papper släpptes på söndag i Naturens nanoteknik beskriver flera membran i nanoskala förpackade som ett system för rörelseavkänning, läkemedelstillförsel och datalagring – allt integrerat på ett töjbart plåster, som ett plåster, som skulle fästa på huden. Läkemedelsterapitester på mänskliga patienter är fortfarande några år borta; hittills har gruppen visat hur den kan frigöra ett färgämne på en fläck av grisskinn.
Fjäderliknande töjningsmätare mäter muskelaktivitet. Dessa består av nanomembransensorer av kisel i en serpentinform, var och en kurva flera hundra mikrometer från varandra. Vid sträckning upptäcks förändringar i elektriskt motstånd på filamenten, och frekvensen av signalerna indikerar om en sträckning var från en normal armrörelse eller en snabb tremor.
Data registreras på ett enkelt minnessystem, bestående av minnesceller bara 30 nanometer tjocka; dessa celler registrerar hög resistans kontra låg resistans tillstånd på grund av förändrade elektriska egenskaper över membranen. I framtiden kan dessa data nås via en RFID-tagg integrerad i enheten, eller kan streamas till en närliggande smartphone; kommunikationskomponenten har dock inte lagts till ännu.
Plåstret innehåller även värmeelement som kan fjärraktiveras för att frigöra läkemedel. Värmeelementen höjer plåstrets temperatur flera grader, vilket i sin tur frigör läkemedel omgivna av porösa kiselnanopartiklar. Vid upphettning bryts den fysiska bindningen mellan läkemedlet och nanopartiklar, vilket leder till en diffusionsdriven frisättning av molekyler genom huden.
I slutändan kommer vi att utveckla ett helautomatiskt system som innehåller dessa sensorer och en minnes- och läkemedelsfrisättningsmekanism tillsammans med en mikrokontroller för att leverera automatisk läkemedelsfrisättning i ett epidermalt plåster, säger Ghaffari.
Medan prototypen är fokuserad på att upptäcka rörelsestörningar, kan andra versioner känna av saker som svett, temperatur, hjärtfrekvens eller blodsyre, och använda dessa förändringar som en utlösande mekanism för olika terapier. Teamen arbetar för att få denna plattform genom regulatoriska och kliniska studier.
Arbetet bygger på grundforskningen av John Rogers, en materialvetare vid University of Illinois. För tre år sedan introducerade han idén om epidermal elektronik, eller ultratunna, hudliknande halvledarmaterial som kunde övervaka vitala tecken på huden.
Vad detta papper gör är att ta epidermal elektronik och koppla den med minne ombord och terapi. Du kan stänga slingan från diagnos till terapi på ett enda plåster, säger Ghaffari.
Andra forskare har visat konkurrerande tillvägagångssätt. Till exempel utvecklas ett chip för läkemedelsfrisättning under huden kommersiellt av Mikrochips från Lexington, Massachusetts. Det företaget grundades av Robert Langer, en biomedicinsk ingenjör vid MIT.