ウェアラブル、オールインワンヘルスモニター

エンジニアは、首に装着して血圧と心拍数を継続的に追跡しながら、着用者のブドウ糖、乳酸、アルコール、カフェインのレベルを測定できる、柔らかく伸縮性のある皮膚パッチを開発しました。これは、人体の心臓血管信号と複数の生化学的レベルを同時に監視する最初のウェアラブルデバイスです。

このタイプのウェアラブルは、基礎疾患のある人が定期的に自分の健康状態を監視するために使用できます。また、特にCOVID-19のパンデミック時に、人々が医療提供者への直接の訪問を最小限に抑えている場合に、患者の遠隔監視にも使用できます。

完全に異なるセンサーが、切手と同じくらい小さい単一の小さなプラットフォームに統合されます。各センサーは、物理的または化学的変化の個別の画像を提供します。それらすべてを1つのウェアラブルパッチに統合することで、これらのさまざまな写真を一緒に使用して、身体で起こっていることのより包括的な概要を把握できます。

パッチは、皮膚に順応できる伸縮性のあるポリマーの薄いシートです。血糖センサーと2つの化学センサーが装備されています。1つは汗中の乳酸塩（身体運動のバイオマーカー）、カフェイン、アルコールのレベルを測定し、もう1つは間質液中のブドウ糖レベルを測定します。パッチは、血圧、ブドウ糖、乳酸、アルコール、カフェインのいずれかの3つのパラメーターを一度に測定できます。1つは各センサーからのものです。

血圧センサーはパッチの中央近くにあります。これは、導電性インクによってパッチに溶接された一連の小さな超音波トランスデューサで構成されています。トランスデューサーに電圧が印加されると、トランスデューサーは超音波を体内に送ります。超音波が動脈で跳ね返ると、センサーがエコーを検出し、信号を血圧測定値に変換します。

化学センサーは、導電性インクからパッチにスクリーン印刷された2つの電極です。乳酸、カフェイン、アルコールを感知する電極がパッチの右側に印刷されています。ピロカルピンと呼ばれる薬を皮膚に放出して発汗を誘発し、汗に含まれる化学物質を検出することで機能します。グルコースを感知するもう一方の電極は左側に印刷されています。皮膚に穏やかな電流を流して間質液を放出し、その液中のブドウ糖を測定することで機能します。

テストでは、被験者は次のタスクのさまざまな組み合わせを実行しながら首にパッチを着用しました：静止した自転車での運動、高糖質の食事の摂取、アルコール飲料の飲用、カフェイン入り飲料の飲用。パッチからの測定値は、血圧カフ、血中乳酸計、血糖計、飲酒検知器などの市販の監視装置によって収集された測定値とほぼ一致していました。

パッチを作成する際の最大の課題の1つは、センサーの信号間の干渉を排除することでした。これを行うために、研究者は血圧センサーと化学センサーの間の最適な間隔を理解する必要がありました。彼らは、デバイスを可能な限り小さく保ちながら、1センチの間隔でうまくいくことを発見しました。

彼らはまた、血圧センサーから化学センサーを物理的にシールドする方法を理解する必要がありました。後者は通常、明確な測定値を生成するために液体超音波ゲルが装備されています。しかし、化学センサーには独自のヒドロゲルも装備されており、血圧センサーからの液体ゲルが流出して他のゲルと接触すると、センサー間の干渉が発生します。代わりに、研究者は液体バージョンと同様に機能するが漏れのない固体超音波ゲルを使用しました。

進行中の作業には、血圧センサーの電子機器の縮小が含まれます。現在、センサーを電源とベンチトップマシンに接続して、測定値を表示する必要があります。最終的な目標は、これらすべてをパッチに適用し、すべてをワイヤレスにすることです。