Вчені з університету арізони розробили спосіб 3d-друку медичних пристроїв, що носяться

10

Нові пристрої, виготовлені за індивідуальним замовленням, можуть значно поліпшити моніторинг і лікування захворювань, тестування нових ліків і можливість відстежувати стан здоров’я людини.

Носяться датчики для моніторингу різних параметрів – від кількості кроків до частоти серцевих скорочень-майже повсюдно поширені. Але для таких сценаріїв, як визначення ступеня слабкості у літніх людей, оперативна діагностика небезпечних захворювань, тестування ефективності нових ліків або відстеження результатів професійних спортсменів, необхідні пристрої медичного класу.

Інженери університету арізони розробили тип носимих пристроїв, який вони назвали “біосимбіотичним пристроєм” і який відрізняється рядом незаперечних переваг. Ці пристрої не тільки виготовляються за індивідуальними замовленнями за допомогою 3d-друку і засновані на скануванні тіла пацієнтів, але і можуть працювати безперервно, використовуючи комбіновану бездротову передачу енергії і її компактні акумулятори. Команда під керівництвом філіпа гутруфа, доцента кафедри біомедичної інженерії та стипендіата факультету крейга м. Берга в інженерному коледжі, опублікувала свої результати в журналі science advances.

“нічого подібного в світі не існує”, – сказав гутруф, член університетського інституту bio5. “ми представляємо абсолютно нову концепцію адаптації пристрою безпосередньо до людини і використання бездротової передачі енергії, що дозволяє пристрою працювати 24 години на добу 7 днів на тиждень без необхідності підзарядки”.

можливість індивідуального підходу забезпечує високоточний моніторинг

Сучасні носяться пристрої стикаються з низкою обмежень. Наприклад, смарт-годинник необхідно заряджати, і вони можуть збирати лише обмежену кількість даних через те, що розташовуються на зап’ясті. Використовуючи 3d-сканування тіла пацієнта, яке може бути отримано за допомогою таких методів, як мрт, комп’ютерна томографія і навіть ретельно оброблені знімки зі смартфона, гутруф і його команда можуть виготовити 3d-друковані пристрої, які підходять для різних частин тіла. Уявіть собі практично непомітну, легку, дихаючу, еластичну сітчасту манжету, розроблену спеціально для вашого біцепса, ікри або торсу. Можливість спеціалізованого розміщення датчиків дозволяє дослідникам вимірювати фізіологічні параметри, які інакше вони не змогли б виміряти.

“якщо ви хочете, наприклад, постійно вимірювати температуру тіла, то вам краще розмістити датчик в області пахви. Або, якщо ви хочете виміряти, як відбувається природна трансформація біцепса під час фізичних вправ, ми можемо розмістити датчик в пристроях, які можуть це зробити”, – говорить такер стюарт, докторант в області біомедичної інженерії і перший автор статті. “завдяки тому, як ми виготовили пристрій і прикріпили його до тіла, ми можемо використовувати його для збору даних, які традиційний носимий пристрій, закріплений на зап’ясті, не зміг би зібрати”.

Оскільки ці біосимбіотичні пристрої підлаштовуються під конкретну людину, вони також дуже чутливі. Команда гутруфа перевірила здатність пристрою відстежувати такі параметри, як температура і тиск, коли людина стрибала, ходила по біговій доріжці і використовувала гребний тренажер. При випробуванні на гребному тренажері випробовувані носили відразу кілька пристроїв, відстежуючи інтенсивність вправ і деформацію м’язів в найдрібніших деталях. Пристрої були настільки точні, що могли визначати зміни температури тіла, викликані ходьбою по сходах.

технологія-безперервна, бездротова і без особливих турбот

Гутруф і його команда не є першопрохідцями в області адаптації носяться пристроїв для відстеження стану здоров’я і функцій організму. Однак сучасні носяться пристрої не здатні відстежувати показники безперервно і з достатньою точністю, щоб можна було б отримати значущі з медичної точки зору висновки.

Деякі носяться пристрої, використовувані дослідниками, являють собою пластирі, які наклеюються на шкіру, проте вони відклеюються, якщо наприклад людина потіє.

Навіть найскладніші носяться пристрої, що використовуються в клінічних умовах, такі як монітори екг, стикаються з подібними проблемами. Крім того, вони не є бездротовими, що істотно обмежує мобільність. Пацієнти не можуть займатися своїми звичайними повсякденними справами, якщо вони прив’язані до масивних зовнішніх пристроїв.

Біосимбіотичний пристрій, який представила команда гутруфа, не використовує ніякого клею і отримує енергію від бездротової системи з радіусом дії в кілька метрів. Пристрій також включає в себе невеликий накопичувач енергії, так що воно буде працювати, навіть якщо його володар вийде із зони дії системи, в тому числі і з дому.

“ці пристрої розроблені таким чином, що не вимагають ніякої взаємодії з носієм”, – сказав гутруф. “це так просто-надіти пристрій. Потім ви забуваєте про нього, а воно продовжує виконувати свою роботу”.