Гибкий «умный» нагреватель снимает боль в суставах при артрите

Артрит вызывает постоянное воспаление и боль в суставах, что влияет на подвижность и качество жизни миллионов людей. Хотя тепловая терапия — применение тепла к пораженным участкам — давно используется для облегчения симптомов, традиционные методы, такие как тепловые подушки или горячие пластыри, часто не дают желаемого результата. Они могут перегреваться, вызывать ожоги или терять эффективность со временем, и редко приспосабливаются к реальным условиям, таким как холодный воздух или влажная погода. Кроме того, многие нагревательные устройства громоздки, неподвижны и не способны определять, когда терапия действительно необходима. Эти недостатки подчеркивают острую потребность в «умных» надеаваемых на тело устройствах, которые могут отслеживать потребности организма и обеспечивать безопасное, стабильное и своевременное тепло.

13 мая 2025 года исследователи из Даляньского технологического университета представили гибкую носимую систему термотерапии в журнале Microsystems & Nanoengineering. Это многослойное устройство объединяет датчики температуры и влажности с тонким нагревателем на основе золота на растяжимой полиимидной пленке. Разработанная для автоматического использования в режиме реального времени, она реагирует на сигналы окружающей среды и движения тела, обеспечивая индивидуальное тепловое лечение суставов, пораженных артритом. Система знаменует собой шаг вперед в области технологии носимых устройств для здоровья, устраняя ограничения традиционных устройств и предлагая пациентам незаметное и надежное средство для ежедневной терапии и защиты в различных условиях.

В основе системы лежит структура киригами-серпантин — узор, похожий на оригами, который повышает гибкость и растяжимость. Устройство, состоящее из температурного датчика Au, датчика влажности на основе поли(3,4-этилендиокситиофена) (PEDOT) и нагревателя Джоуля, плотно прилегает к суставам, таким как коленные. Используя данные в реальном времени, обрабатываемые гибкой схемой и обратной связью с поддержкой Bluetooth, система может регулировать тепловую мощность в течение 1 секунды, поддерживая температуру с отклонением менее 0,1 °C при 45 °C.

Эта инновация поддерживает несколько применений: программируемая терапия по требованию с индивидуальными циклами нагрева; ежедневная тепловая защита, которая автоматически активируется в холодную погоду; и контроль влажности для борьбы с ухудшающей подвижность суставов влажностью. Тесты на теле показали, что нагреватель может повышать локальную температуру кожи даже на открытом воздухе, в то время как уровень влажности во время использования стабильно снижается. Что наиболее поразительно, команда использовала фотоплетизмографию (PPG) для измерения кровотока и подтвердила, что термотерапия с помощью этой системы значительно усиливает локальную перфузию — важный фактор в облегчении боли. Конструкция также доказала свою прочность в течение более 1000 циклов использования, оставаясь точной во время ходьбы, разминки и бега. Сочетая высокую точность с практической применимостью в реальных условиях, эта мягкая носимая система обеспечивает функции клинического уровня в компактном формате, который пациенты могут использовать каждый день.

«Наша цель состояла в том, чтобы сделать термотерапию действительно удобной для ношения — не просто портативной, но адаптивной и интуитивно понятной. Благодаря интеграции точных датчиков и системы управления с обратной связью в удобную для ношения форму, мы даем пациентам возможность получать терапию в режиме реального времени, адаптированную к их конкретной среде и состоянию. Эта технология отражает будущее персонализированной медицины, в которой лечение перемещается вместе с телом и реагирует по мере необходимости. Это не просто инженерия — это эмпатия через инновации».

Д-р Мэнси Ву, соавтор исследования

Помимо облегчения артрита, эта технология задает новое направление для носимых медицинских устройств. Ее модульная конструкция, реагирование на окружающую среду и мягкая механика делают ее подходящей для интеграции в одежду, повязки или ортопедическое белье. Для хронических заболеваний, чувствительных к температуре и влажности, таких как проблемы с кровообращением, мышечные травмы или аутоиммунные расстройства, платформа может предложить индивидуальную поддержку. Кроме того, та же архитектура с датчиками, обратной связью и нагревом может быть адаптирована для ухода за ранами, интеллектуальной реабилитации или материалов, реагирующих на окружающую среду. По мере развития цифрового здравоохранения, союз микроэлектроники с потребностями человека может изменить подход к лечению — не в клиниках, а непосредственно на теле, там, где это наиболее необходимо.