Индустрия носимой электроники в сфере здравоохранения стремительно развивается. Тенденция к росту медицинских устройств, считывающих показатели жизнедеятельности, таких как биосенсоры для кардиореспираторного мониторинга, — это лишь одна из областей, на которой исследователи сосредотачиваются, используя потенциал сенсорных технологий.
Высокочувствительный носимый датчик для кардиореспираторного мониторинга рассматривается как вариант для кардиологических пациентов, которым требуется постоянный мониторинг. Устройство состоит из небольшого недорогого механоакустического датчика и основано на электрохимической системе, включающей две ионные формы йода, I- и I3-.
В статье, опубликованной в журнале Applied Physics Letters, описывается, как раствор, содержащий вещества-электролиты на базе молекул йода, помещается в небольшую круглую полость, покрытую тонкой гибкой диафрагмой, что позволяет обнаруживать легкие движения при помещении на грудь пациента.
Гибкая диафрагма преобразует внешние сигналы (небольшие движения от сердцебиения и дыхания) в движения электролита в узком канале. Как отмечают авторы, эти движения затем обнаруживаются электрохимически четырьмя платиновыми электродами, которые разделены на две пары анод-катод и расположены в конфигурации анод-катод-катод-анод (ACCA).
Исследовательская группа решила использовать Ecoflex 00-20, гибкий силиконовый каучуковый материал для корпуса датчика из-за его растяжимости, прочности и совместимости с кожей. Этот же материал широко используется в медицинских симуляторах, ортопедии и протезировании, отмечает автор Юн Сюй.
Исследователи создали форму для круглой камеры и связанного с ней узкого канала с помощью 3D-печати. Затем раствор для создания Ecoflex 00-20 был залит в форму, чтобы сформировать корпус датчика, и также был нанесен с помощью центрифуги на быстро вращающийся диск для получения тонкой диафрагмы. После соединения диафрагмы и корпуса камеры шприц использовали для заполнения камеры раствором электролита.
Устройство имеет ширину 28 мм и безопасно для кожи, поэтому его можно прикрепить непосредственно к телу пациента. Устройство смогло обнаружить сердцебиение с высокой чувствительностью. Авторы сообщили, что было достигнуто соотношение сигнал / помехи более 6: 1 (считается хорошим).
Устройство определяет дыхание двумя способами. Первое зависит от растяжимости датчика; он деформируется, когда грудная клетка сжимается и расширяется во время дыхания, действуя как датчик деформации. Второй — косвенный метод, который зависит от того, как объем грудной клетки изменяется во время дыхания, модулируя сигнал сердцебиения, который, в свою очередь, определяет изменения в сердцебиении.
По словам Сюй и его соавторов, датчик может использоваться по-разному, в том числе его можно использовать для диагностики респираторных заболеваний, таких как COVID-19, которые часто приводят к одышке.
«Симптомы на ранней стадии инфекции могут быть незначительными», — сказал Сюй. «Носимые устройства, которые способны точно определять малозаметные респираторные и сердечно-сосудистые изменения, представляют большой интерес, особенно во время пандемии коронавируса».
