新しいスキンパッチにより、ウェアラブルオールインワンヘルスモニターに近づきます

カリフォルニア大学サンディエゴ校のエンジニアは、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、乳酸塩、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。

このような装置は、高血圧と糖尿病を管理している個人、つまりCOVID-19で深刻な病気になるリスクが高い個人に利益をもたらす可能性があります。また、乳酸値の急激な上昇を伴う血圧の急激な低下を特徴とする敗血症の発症を検出するためにも使用できます。

それをすべて行うことができる1つの柔らかい皮膚パッチは、血圧やその他のバイタルサインの継続的な監視を必要とするNICUの乳児を含む、集中治療室の患者にとっても便利な代替手段を提供します。これらの手順には、現在、患者の動脈の奥深くにカテーテルを挿入し、患者を複数の病院のモニターにつなぐことが含まれています。

カリフォルニア大学サンディエゴ校のナノエンジニアリング教授であるジョセフ・ワンは、次のように述べています。 「このウェアラブルを使用すると、日常の活動に不快感や中断を引き起こすことなく、非侵襲的な方法で多くの情報を収集できます。」

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、導電性インクで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。

研究者たちは、血圧に影響を与えるため、これらの特定のバイオマーカーの測定に興味を持っていました。 「より正確で信頼性の高い血圧測定ができるパラメータを選択しました」と、ナノエンジニアリングの博士号を取得したJulianeSempionatto氏は述べています。王の研究室の学生。

「血圧を監視していて、日中にスパイクが見られ、何かがおかしいと思っているとしましょう。バイオマーカーの測定値は、それらのスパイクがアルコールまたはカフェインの摂取によるものかどうかを教えてくれます。このセンサーの組み合わせにより、そのような種類の情報を得ることができます」と彼女は言いました。

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。エアロバイクでの運動。高血糖の食事を食べる;アルコール飲料を飲む;カフェイン飲料を飲みます。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。着用者のカフェインレベルの測定値は、カフェインをスパイクした汗サンプルを測定することにより、ラボで検証されました。

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。

研究者たちはまた、化学センサーを血圧センサーから物理的に保護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、化学センサーにも独自のハイドロゲルが装備されており、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するという問題があります。その代わりに、研究者たちは固体の超音波ゲルを使用しました。これは、液体バージョンと同様に機能するが、漏れがないことを発見しました

チームはすでにパッチの新しいバージョンに取り組んでおり、さらに多くのセンサーが搭載されています。 「さまざまな病気に関連する他のバイオマーカーを監視する機会があります。このデバイスにさらに臨床的価値を追加することを目指しています」とSempionatto氏は述べています。

進行中の作業には、血圧センサーの電子機器の縮小も含まれます。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。