Υπάρχει πολλή φήμη γύρω από τις φορητές ηλεκτρονικές συσκευές αυτές τις μέρες-η Google, για παράδειγμα, επεκτείνεται στην επιχείρηση γυαλιών ηλίου, ενώ άλλες εταιρείες προσπαθούν να βρουν το μερίδιό τους στην αγορά με κλιπ και ρολόγια υψηλής τεχνολογίας που παρακολουθούν τι τρώτε και πώς κινείστε .
σχετικό περιεχόμενο
- Ο ιρλανδός καρδιολόγος του οποίου η εφεύρεση έσωσε το LBJ
- Ηλεκτρονικά που μπορούν να λιώσουν στο σώμα σας θα μπορούσαν να αλλάξουν τον κόσμο της ιατρικής
Αλλά κανένας από αυτούς δεν απέχει πολύ από αυτό που αναπτύσσει ο John Rogers, ο νικητής του βραβείου American Scientist Smithsonian για τις φυσικές επιστήμες. Η συσκευή του, όπως βλέπετε, είναι σχεδιασμένη όχι μόνο για να χωρέσει σαν γάντι, αλλά ίσως και κάποια μέρα να σώσει τη ζωή του χρήστη.
Ο επιστήμονας των υλικών, μαζί με την ομάδα μαθητών του στο Πανεπιστήμιο του Illinois στο Urbana-Champaign, έχουν δοκιμάσει με επιτυχία αυτό που περιγράφεται καλύτερα ως κάλτσα για την καρδιά. Η συσκευή, τοποθετημένη σε ολόκληρη την επιφάνεια της καρδιάς, αποτελείται από μια σειρά αισθητήρων για την παρακολούθηση, με ασυνήθιστη ακρίβεια, των εσωτερικών λειτουργιών αυτού του πιο ζωτικού οργάνου. Εάν ανιχνεύσει μια ανησυχητική ανωμαλία, μπορεί να αναμεταδίδει δεδομένα σε επαγγελματίες του ιατρικού τομέα. σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης, όπως κατά τη διάρκεια καρδιακής προσβολής, θα μπορούσε ακόμη και να παρέμβει με τη χορήγηση παλμού που προκαλείται από ηλεκτρόδια.
Κανονικά, η καρδιά αντλίες με τρόπο που είναι τόσο αποτελεσματικό δεν παρατηρούμε ότι λειτουργεί. Όμως, για όσους έχουν καρδιακές παθήσεις, οι συστολές καρδιάς εκτός λειτουργίας μπορούν να προκαλέσουν εξασθένηση, προκαλώντας ζάλη, αδυναμία, εμετό και θωρακικό πόνο, για όσους έχουν αρρυθμία ή, σε ορισμένες περιπτώσεις, θανατηφόρες. Με την πάροδο του χρόνου, οι ρυθμικές ανωμαλίες μπορούν να προκαλέσουν θρόμβους αίματος (που μερικές φορές προκαλούν εγκεφαλικά επεισόδια) και, σε ακραίες περιπτώσεις, καρδιακή ανακοπή.
Οι γιατροί συνήθως μπορούν να συνταγογραφήσουν φάρμακα για να διορθώσουν αυτά τα είδη προβλημάτων. Αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις, οι ασθενείς πρέπει να στραφούν σε χειρουργικές παρεμβάσεις, όπως βηματοδότες ή εμφυτεύματα απινιδωτών. Και ενώ αυτές οι συσκευές λειτουργούν επαρκώς, ο μηχανισμός που χρησιμοποιούν για να ρυθμίσουν τον καρδιακό παλμό ενός ατόμου είναι στην πραγματικότητα αρκετά αργός. Με τα εμφυτεύματα του απινιδωτή τοποθετείται ένα ζεύγος ηλεκτροδίων μέσα στον θάλαμο της καρδιάς. Κάθε φορά που ανιχνεύεται μια απειλητική για τη ζωή αρρυθμία, ο απινιδωτής στέλνει ένα ηλεκτρικό σοκ που ξεθωριάζει την καρδιά πίσω σε ένα κανονικό ρυθμό. Το πρόβλημα με αυτή την προσέγγιση, λέει ο Rogers, είναι ότι η δραστηριότητα από μια άλλη περιοχή της καρδιάς μπορεί, κατά λάθος, να προκαλέσει μια οδυνηρή κούραση όταν δεν υπάρχει πραγματικά ανάγκη για αυτό.
Η συσκευή Rogers περικλείει την καρδιά σε ένα πολύ πιο εξελιγμένο αισθητήριο σύστημα που μπορεί να εντοπίσει ακριβώς όπου συμβαίνει μια ρυθμική παρατυπία. Κατά μία έννοια, λειτουργεί σαν τις νευρικές απολήξεις σε ένα δευτερεύον δέρμα.
"Αυτό που θέλαμε ήταν να εκμεταλλευτούμε την πλήρη ισχύ της τεχνολογίας κυκλώματος", λέει ο Rogers της συσκευής, η οποία είναι δυο και μισή χρόνια στην κατασκευή. "Με πολλά ηλεκτρόδια, η συσκευή μπορεί να ρυθμίσει και να τονώσει με πιο στοχοθετημένο τρόπο . Η παροχή θερμότητας ή παλμών σε συγκεκριμένες τοποθεσίες και η πραγματοποίησή τους σε μετρήσιμες δόσεις που είναι αρκετά επαρκείς, είναι σημαντική επειδή η εφαρμογή περισσότερων από αναγκαίων δεν είναι μόνο οδυνηρή αλλά μπορεί να βλάψει την καρδιά. "
Αυτό το βήμα προς βήμα απεικονίζει τον τρόπο δημιουργίας της καρδιακής συσκευής. (Πανεπιστήμιο του Ιλινόις και Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον) Εκτός από τις δυνατότητές του ως καρδιακό εμφύτευμα έκτακτης ανάγκης, η ελαστικότητα της κάλτσας της καρδιάς επιτρέπει μια σειρά άλλων ηλεκτρονικών και μη ηλεκτρονικών αισθητήρων που μπορούν να παρακολουθούν τα επίπεδα ασβεστίου, καλίου και νατρίου-θεωρούνται βασικοί δείκτες της καρδιακής υγείας. Η μεμβράνη μπορεί επίσης να προγραμματιστεί για να παρακολουθεί τις μεταβολές της μηχανικής πίεσης, της θερμοκρασίας και των επιπέδων του pH (οξύτητα), τα οποία όλα θα μπορούσαν να συμβάλουν στο να σηματοδοτήσουν μια επικείμενη καρδιακή προσβολή.
Για να κατασκευάσουν το περίβλημα του πρωτοτύπου, οι ερευνητές πρώτα σαρώθηκαν και το 3D εκτύπωσε ένα πλαστικό μοντέλο της καρδιάς του κουνελιού. Στη συνέχεια κανόνισαν ένα πέπλο από 68 μικροσκοπικούς ηλεκτρονικούς αισθητήρες πάνω από το καλούπι, επικαλύπτοντάς το με ένα στρώμα από ελαστικό υλικό σιλικόνης εγκεκριμένο από την FDA. Μετά το σετ καουτσούκ, οι βοηθοί του εργαστηρίου του Rogers ξεφλούδισαν το έτοιμο πολυμερές.
Για να δοκιμάσουν τη μεμβράνη, οι ερευνητές το τυλίγουν γύρω από μια πραγματική καρδιά κουνελιού, συνδεδεμένη με μια μηχανική αντλία. Η ομάδα σχεδίασε τη συσκευή να είναι λίγο μικρότερη από το πραγματικό όργανο για να της δώσει μια απαλή, γαντοειδής φόρμα.
"Το δύσκολο πράγμα εδώ, " λέει ο Rogers, "είναι ότι η μεμβράνη πρέπει να έχει μέγεθος ώστε να δημιουργεί αρκετή πίεση για να κρατήσει τα ηλεκτρόδια σε επαρκή επαφή με την επιφάνεια. έναν αρνητικό τρόπο. "
"Πρέπει να ταιριάζει ακριβώς σωστά", προσθέτει.
Όπως ο Michael McAlpine, μηχανικός στο Πανεπιστήμιο του Princeton, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα, δήλωσε στο The Scientist : " Αυτό που είναι νέο και εντυπωσιακό εδώ είναι ότι έχουν ενσωματώσει διάφορες λειτουργίες σε μια μεμβράνη που καλύπτει ολόκληρη την επιφάνεια της καρδιάς Αυτή η εξάπλωση των αισθητήρων παρέχει υψηλό επίπεδο χωρικής ανάλυσης για καρδιακή παρακολούθηση και προσφέρει περισσότερο έλεγχο όταν πρόκειται για διέγερση ».
Λοιπόν, τι θα χρειαστεί για αυτή την ανακάλυψη να πάει από το εργαστήριο στον ασθενή; Ο Rogers υπολογίζει τουλάχιστον μια ακόμη δεκαετία ανάπτυξης, πριν κάτι να είναι έτοιμο για την ιατρική αγορά. Εν τω μεταξύ, σχεδιάζει να συνεχίσει τη συνεργασία με τον βιοϊατρικό μηχανικό του Πανεπιστημίου της Ουάσινγκτον Ιγκόρ Εφιμόφ για να βελτιώσει την απόδειξη της ιδέας σε μια πρακτική, ασφαλή και αξιόπιστη τεχνολογία.
Ένα σημαντικό εμπόδιο είναι να μάθετε πώς να τροφοδοτείτε τη μεμβράνη χωρίς συμβατικές μπαταρίες. Επί του παρόντος, ο Rogers και η ομάδα του εξερευνούν μερικές εναλλακτικές λύσεις, όπως η φόρτιση υπερήχων, μια μέθοδος στην οποία η ισχύς μεταδίδεται ασύρματα μέσω του δέρματος, καθώς και η χρήση πιεζοηλεκτρικών υλικών που συλλαμβάνουν ενέργεια από το περιβάλλον. Για τον τελευταίο, υπάρχει κάποιο προηγούμενο για την επιτυχία. Πριν από δύο χρόνια, οι μηχανικοί του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν αξιοποίησαν αυτά τα υλικά για να αναπτύξουν έναν βηματοδότη που τροφοδοτείται αποκλειστικά από τον καρδιακό παλμό του χρήστη.
"Επειδή προσπαθούμε να ενσωματώσουμε πολλούς περισσότερους αισθητήρες, παράλληλα με ηλεκτρικές παλμούς και θερμότητα, θα πάρει περισσότερη ενέργεια από το ποσό που παράγεται για συμβατικούς βηματοδότες", λέει ο Rogers. "Στο μέλλον, ελπίζουμε ότι μπορούμε να βελτιώσουμε την αποτελεσματικότητα".
Ένα άλλο κρίσιμο στοιχείο είναι η προσέλκυση δεδομένων σε ένα εξωτερικό gadget έτσι ώστε οι ασθενείς και οι ειδικοί να έχουν πρόσβαση σε αυτό. Αυτή τη στιγμή, οι αισθητήρες καταγράφουν πράγματα όπως αλλαγές θερμοκρασίας και PH, μεταξύ άλλων μοτίβων, αλλά οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη καταλάβει έναν τρόπο να παραδώσει αυτά τα δεδομένα ασύρματα.
"Η επικοινωνία Bluetooth είναι χαμηλής κατανάλωσης, έτσι εξετάζουμε αυτό", λέει ο Efimov. "Βασικά, η συσκευή θα απαιτήσει περισσότερα εξαρτήματα και θα χρειαστούμε ειδικούς σε άλλους τομείς όπως η ηλεκτρονική, η τηλεμετρία και το λογισμικό. Έτσι, τελικά, θα πρέπει να αποκτήσουμε κεφάλαια επιχειρηματικού κινδύνου και να ξεκινήσουμε μια εταιρεία. "
Αυτή τη στιγμή, η εστίαση κάνει το μανίκι να λειτουργεί ως πρακτική συσκευή. δεν υπάρχει λόγος για το πόσο θα κοστίσει η παραγωγή ή πόσο θα κοστίσει ο καταναλωτής όταν πρόκειται για την αγορά.
Το μεγάλο ερώτημα, εντούτοις, είναι τελικά αν η κάλτσα της καρδιάς θα λειτουργήσει με ασφάλεια και αποτελεσματικότητα in vivo, ή σε πραγματικά υποκείμενα δοκιμασίας ζωής. Τα βηματοδοτικά μπορούν συνήθως να διαρκέσουν 10 χρόνια. Έτσι, για να είναι πρακτική, η εφεύρεση του Rogers θα πρέπει επίσης να αποδείξει ότι μπορεί να παραμείνει λειτουργική για τουλάχιστον τόσο καιρό. Η ομάδα προετοιμάζεται να κάνει το επόμενο βήμα με έναν πιλότο που θα δοκιμάσει τη μεμβράνη μέσα σε ένα ζωντανό κουνέλι, μια δοκιμή που ελπίζουν να συμπληρώσει με χρηματοδότηση από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας, μαζί με άλλες επιχορηγήσεις που εργάζονται για να εξασφαλίσουν. Αν όλα πάνε καλά, η επόμενη δοκιμασία για το αν το gadget είναι μέχρι το ταμπάκο θα είναι στους ανθρώπους.
