Terdapat banyak buzz di sekitar elektronik yang boleh pakai hari ini-Google, sebagai contoh, berkembang ke dalam perniagaan eyewear, sementara syarikat lain berebut untuk bahagian pasaran mereka dengan klip berteknologi tinggi dan jam tangan yang mengesan apa yang anda makan dan bagaimana anda bergerak .
Kandungan Terkait
- The Cardiologist Ireland yang Invention Of The Saved LBJ
- Elektronik Yang Boleh Mencairkan Badan Anda Boleh Menukar Dunia Perubatan
Tetapi tidak seorang pun daripada mereka jauh dari apa yang John Rogers, pemenang anugerah Smithsonian American Ingenuity dalam bidang sains fizikal, sedang berkembang. Peranti beliau, yang anda lihat, direkayasa bukan sahaja sesuai dengan sarung tangan, tetapi juga mungkin suatu hari menyelamatkan nyawa pemakai.
Bahan saintis, bersama-sama dengan pasukan pelajarnya di University of Illinois di Urbana-Champaign, telah berjaya menguji apa yang terbaik digambarkan sebagai kaus kaki bagi jantung. Peranti yang dipasang di seluruh permukaan permukaan jantung, terdiri daripada satu siri sensor untuk memantau, dengan ketepatan yang tidak teratur, kerja dalaman organ paling penting ini. Jika ia mengesan kelainan yang menyusahkan, ia boleh menyampaikan data kepada profesional perubatan; dalam keadaan kecemasan, seperti semasa serangan jantung, ia bahkan boleh campur tangan dengan mentadbir denyutan elektrod yang disebabkan.
Biasanya, pam jantung dalam cara yang sangat cekap kita tidak dapat melihatnya bekerja. Tetapi bagi mereka yang mempunyai keadaan irama jantung, pengecutan jantung yang tidak dapat diselaraskan boleh menjadi penyebab keletihan, kelemahan, muntah dan kesakitan dada, bagi mereka yang mengalami arrhythmia-atau, dalam sesetengah kes, mematikan. Lama kelamaan, penyelewengan berirama boleh menyebabkan bekuan darah (yang kadang-kadang menyebabkan strok) dan, dalam kes-kes yang teruk, penangkapan jantung.
Doktor biasanya boleh menetapkan ubat untuk membetulkan jenis masalah ini. Tetapi dalam sesetengah keadaan, pesakit mesti beralih ke campur tangan pembedahan seperti alat pacu jantung atau implan defibrillator. Dan sementara peranti tersebut berfungsi cukup, mekanisme yang mereka gunakan untuk mengatur denyutan jantung seseorang sebenarnya cukup mentah. Dengan implan defibrillator, sepasang elektrod diletakkan di dalam ruang jantung. Apabila aritmia yang mengancam nyawa dikesan, defibrillator menghantar kejutan elektrik yang menghalang jantung kembali ke irama biasa. Masalah dengan pendekatan itu, kata Rogers, adalah bahawa aktiviti dari rantau lain di jantung boleh, secara tidak sengaja, mencetuskan rasa sakit yang menyakitkan ketika tidak benar-benar memerlukannya.
Peranti Rogers menyertakan jantung dalam sistem sensori yang lebih canggih yang dapat menentukan dengan tepat di mana ketidakaturan irama berlaku. Dalam erti kata, ia berfungsi seperti endings saraf pada kulit sekunder.
"Apa yang kami mahukan adalah memanfaatkan teknologi litar penuh, " kata Rogers mengenai peranti itu, iaitu dua setengah tahun dalam pembuatannya. "Dengan banyak elektrod, peranti ini boleh bergerak dan merangsang dalam fesyen yang lebih disasarkan . Menyampaikan haba atau denyutan ke lokasi tertentu, dan melakukannya dalam dos yang boleh diukur yang cukup mencukupi, adalah penting kerana memohon lebih daripada yang diperlukan tidak hanya menyakitkan tetapi dapat merosakkan jantung. "
Rajah langkah demi langkah ini menggambarkan bagaimana peranti jantung dicipta. (Universiti Illinois dan Universiti Washington) Selain potensi sebagai implan jantung kecemasan, keanjalan sock jantung membolehkan pelbagai sensor elektronik dan bukan elektronik lain yang dapat memantau kadar kalsium, kalium dan natrium yang dianggap penunjuk utama kesihatan jantung. Membran juga boleh diprogramkan untuk mengesan perubahan dalam tekanan mekanikal, suhu dan paras pH (keasidan), yang semuanya boleh membantu memberi isyarat serangan jantung yang akan berlaku.
Untuk mengarang sarung prototaip, penyelidik mula-mula mengimbas dan 3D mencetak model plastik jantung arnab. Mereka kemudian menyusun web sebanyak 68 sensor elektronik kecil di atas acuan, menyalutnya dengan lapisan bahan getah silikon yang diluluskan oleh FDA. Selepas set getah, pembantu makmal Rogers mengupas polimer yang disediakan khas.
Untuk menguji membran, penyelidik membungkusnya di sekitar jantung arnab yang sebenar, disambungkan ke pam mekanikal. Pasukan yang merekabentuk peranti ini menjadi sedikit lebih kecil daripada organ sebenar untuk memberikannya sesuai dengan lembut dan sarung tangan.
"Perkara yang rumit di sini, " kata Rogers, "adalah bahawa membran perlu disusun dengan cara yang boleh menghasilkan tekanan yang cukup untuk mengekalkan elektrod dalam hubungan yang cukup dengan permukaan. Menekan terlalu keras akan menyebabkan jantung merespon cara yang negatif. "
"Ia perlu sesuai betul, " tambahnya.
Sebagai Michael McAlpine, seorang jurutera mekanikal di Princeton University yang tidak terlibat dalam penyelidikan, memberitahu The Scientist : " Apa yang baru dan menarik di sini adalah bahawa mereka telah menggabungkan beberapa fungsi yang berbeza ke dalam membran yang meliputi seluruh permukaan jantung Penyebaran sensor ini memberikan resolusi spatial yang tinggi untuk pemantauan jantung dan menawarkan lebih banyak kawalan ketika merangsang. "
Jadi apa yang akan diambil untuk terobosan ini untuk pergi dari makmal ke pesakit? Rogers menganggarkan sekurang-kurangnya satu dekad pembangunan sebelum sesuatu boleh siap untuk pasaran perubatan. Sementara itu, beliau merancang untuk terus bekerjasama dengan jurutera bioperubatan Universiti Washington, Igor Efimov untuk memperbaiki konsep bukti menjadi teknologi yang praktikal, selamat dan boleh dipercayai.
Satu halangan utama ialah mencari cara untuk membran membran tanpa bateri konvensional. Pada masa ini, Rogers dan pasukannya meneroka beberapa alternatif, seperti pengisian ultrasound, satu kaedah di mana kuasa ditransmisikan secara tanpa wayar melalui kulit, serta menggunakan bahan piezoelektrik yang menangkap tenaga dari persekitaran sekitar. Bagi yang terakhir, ada beberapa contoh untuk berjaya. Dua tahun yang lalu, jurutera di University of Michigan memanfaatkan bahan tersebut untuk membangunkan alat pacu jantung yang hanya disokong oleh denyutan jantung pengguna.
"Oleh kerana kita cuba memasukkan lebih banyak sensor, serta memberikan impuls elektrik dan haba, ia akan mengambil lebih banyak tenaga daripada jumlah yang dihasilkan untuk alat pacu konvensional, " kata Rogers. "Pada masa akan datang, kami berharap kami dapat meningkatkan kecekapan."
Elemen penting lain ialah untuk menghantar data ke alat luaran supaya pesakit dan pakar dapat mengaksesnya. Sekarang, sensor mencatatkan perkara seperti perubahan suhu dan PH, antara corak lain, tetapi para saintis masih belum mengetahui cara untuk menyampaikan data itu secara wayarles.
"Komunikasi Bluetooth berkuasa rendah, jadi kami melihatnya, " kata Efimov. "Pada asasnya, peranti itu memerlukan lebih banyak komponen dan kami memerlukan pakar dalam bidang lain seperti elektronik, telemetri dan perisian. Jadi akhirnya, kita perlu menaikkan modal teroka dan memulakan syarikat. "
Kini, tumpuan membuat lengan berfungsi sebagai peranti praktikal; tidak ada yang mengatakan berapa banyak kos untuk menghasilkan, atau, berapa banyak kos yang akan dikenakan kepada pengguna ketika datang ke pasar.
Persoalan besar, bagaimanapun, adalah sama ada sock jantung berfungsi dengan selamat dan berkesan dalam vivo, atau dalam subjek ujian hidup sebenar. Pacemaker biasanya boleh bertahan selama 10 tahun. Oleh itu, untuk menjadi praktikal, penciptaan Rogers 'juga harus menunjukkan ia boleh terus beroperasi sekurang-kurangnya begitu lama. Pasukan sedang bersedia untuk mengambil langkah seterusnya dengan juruterbang yang akan menguji membran di dalam arnab hidup, ujian yang mereka harapkan untuk menyelesaikan dengan pembiayaan dari National Institutes of Health, bersama dengan geran lain yang mereka bekerja untuk mengamankan. Sekiranya semuanya berjalan dengan lancar, ujian seterusnya sama ada alat itu tersangkut ke atas manusia.
