«Розумний» нашкірний датчик дозволяє стежити за інфекцією в режимі реального часу

Міжнародна команда під керівництвом дослідників з Університету Ровіра-і-Вірджілі (URV) розробила інноваційне обладнання в галузі медичних технологій: інтелектуальний прилад, здатний безперервно і точно відстежувати температуру шкіри. Пристрій використовує термоелектричну систему, яка працює без батарейок або зовнішнього джерела живлення, виявляючи коливання температури, пов’язані із запаленням та інфекцією. Результати проекту опубліковані в журналі Advanced Science.

Початковою метою дослідження було підвищення автономності датчиків, використовуваних у медичних і промислових умовах. Ідея полягала в тому, щоб уникнути залежності від батарей і створити гнучкі пристрої, які можна було б легко прикріплювати до шкіри.

Температура – важливий показник для ранньої діагностики ран і запальних процесів на шкірі. Локальні коливання температури можуть свідчити про інфекції, проблеми загоєння або інші нездорові зміни. Досі діагностику проводили за допомогою інфрачервоних камер або точкових датчиків, але проблема цих методів полягає в тому, що вони вимагають знерухомлення пацієнта і не дозволяють контролювати всю поверхню шкіри.

Це дослідження є кроком уперед. Пристрій здатен точно вимірювати невеликі зміни температури і визначати конкретні  завдяки своїй структурі, заснованій на мережі термопар. Це з’єднання напівпровідникових матеріалів, які генерують електричний сигнал при виявленні різниці в температурі. Це схоже на створення теплової карти шкіри з точками, які вказують, де розташована уражена ділянка.

Пристрій було перевірено за допомогою моделювання та випробувань на людській шкірі, навіть в умовах підвищеної пітливості з використанням сольового розчину для імітації потовиділення. Випробування показали, що пристрій здатен виявляти коливання температури до 0,4°C і реагувати на зміни температури менш ніж за три секунди. Це дає змогу стежити за станом рани в режимі реального часу і швидко виявляти будь-які ознаки інфекції.

В основі пристрою лежать гнучкі термоелектричні матеріали в поєднанні з провідним полімером, нанесеним за допомогою технологій, аналогічних до тих, які використовують під час друку на футболках. Це означає, що його можна виготовляти на гнучких підкладках, які можуть без проблем прилягати до шкіри. «Така конфігурація не тільки точніша за традиційні датчики, а й більш стійка до зовнішніх впливів, наприклад, через піт або рух шкіри», – кажуть дослідники.

Дослідники також перевірили довговічність пристрою. Вони піддали датчики сотням циклів згинання, щоб перевірити, чи не погіршиться їхній стан із плином часу. Результати виявилися вельми багатообіцяючими, оскільки датчик зберігав свою функціональність навіть після багаторазових деформацій.

Крім того, інформацію, що надається датчиком, легко інтерпретувати: система може відображати кольорову карту з температурними градієнтами, а це означає, що медичний персонал, не потребуючи навчання, може швидко визначити уражені ділянки. Це полегшує прийняття клінічних рішень.

Пристрій можна носити протягом кількох днів до заміни, не порушуючи при цьому комфорту людини.

Цей технологічний прорив відкриває шлях до більш персоналізованої та доступної медицини. Датчик допоможе не тільки запобігти інфекції в хірургічних ранах і виразках, а й може бути адаптований для інших застосувань, наприклад, для моніторингу запальних процесів.

Дослідницька група вже працює над новими проєктами з розширення функціональних можливостей пристрою, такими як вбудовування біосенсорів для вимірювання інших фізіологічних змінних, наприклад, рівня розчинених газів або специфічних біомаркерів.