Резюме
Ваши смарт-часы могут отслеживать частоту сердечных сокращений, проводить электрокардиограмму и даже измерять давление. Но они не умеют оценивать состояние кожи или отслеживать процесс заживления раны.
Новое бесконтактное устройство обещает выполнять именно эти функции и даже больше.
Новый тип носимых устройств
В последние годы носимые устройства стали чрезвычайно популярными и представлены в разных формах. От смарт-часов до фитнес-браслетов и смарт-к колец — широкое распространение этих технологий привело к впечатляющим разработкам. Однако определенные проблемы с оптическими датчиками несколько замедлили инновации.
С другой стороны, кожные пластыри и технологии микрофлуидики демонстрируют большой потенциал. Последнее такое достижение было сделано группой исследователей из Университета Нортвестерн, которые представили, как они утверждают, первое носимое устройство, способное анализировать газы, которые поглощает и выделяет человеческая кожа.
Устройство может анализировать водяные пары, углекислый газ и летучие органические соединения (ЛОС), а также измерять температуру кожи. Основная идея заключается в том, что взаимодействие кожи с различными химическими веществами создаёт уникальную газовую среду на её поверхности.
Бесконтактное устройство включает в себя камеру, в которую попадают эти газы, изменяя её внутренние условия. Датчики, встроенные в 3D-напечатанное носимое устройство, фиксируют изменения, происходящие в камере, позволяя специалистам изучать состояние кожи. Главное преимущество этого датчика заключается в том, что он позволяет анализировать кожу, избегая риска повреждения тканей.
Этот бесконтактный подход особенно полезен для людей с травмами, новорождённых и пожилых людей. Кроме того, он помогает оценить состояние кожи при таких повреждениях, как ссадины, язвы и раны, без необходимости физического контакта.
Вот всё, что я хотел бы знать о смарт-кольцах перед их покупкой
Если вы устали от смарт-часов, но хотите отслеживать сон и физическую активность, смарт-кольцо может оказаться отличным вариантом.
Рабочий механизм
Рассматриваемое выше носимое устройство использует датчик эпидермального потока (EFS), который помогает в анализе углекислого газа, водяных паров и многих летучих органических соединений (ЛОС). Эти вещества предоставляют ценную информацию о состоянии здоровья человека, потенциально опасных факторах окружающей среды и заживлении ран.
Устройство весит всего 11 граммов, а батарея ёмкостью 130 мАч обеспечивает целый день работы на одном заряде. Это сопоставимо с продолжительностью работы обычных смарт-часов, таких как Apple Watch Series 10. Здесь используется магнитный диск для открытия и закрытия встроенной камеры, предназначенной для сбора паров. Основные компоненты включают газовую камеру, клапан для контроля потока газов и плату, которая передаёт данные на подключённый смартфон по Bluetooth.
Нижняя часть камеры также оснащена специальными датчиками, которые могут измерять электрическое сопротивление, теплопроводность и температуру кожи. Клапан быстро открывается и закрывается, чтобы забрать образец пара прямо над поверхностью кожи. Затем упомянутые датчики анализируют изменения в концентрации различных газов. Это даёт представление о том, какие вещества проникают и покидают организм через кожу.
Итак, как эти вещества связаны с общим состоянием здоровья? По мнению экспертов, они могут свидетельствовать о бактериальной активности и служить маркерами процесса заживления. Анализ газовой ситуации вблизи поверхности кожи может помочь врачам оценить риск инфекции, отслеживать процесс заживления и даже проверить эффективность определенного крема.
Что случилось с 3D-печатными органами?
Ожидается ли их ещё появление?
Безопасный и универсальный подход
Здоровье, которое обычно измеряется с помощью смарт-кольцев, фитнес-браслетов или умных часов, таких как Samsung Galaxy Watch, включает фотоплетизмографический (PPG) датчик, который работает вместе с светодиодами и фоторезисторами, пропуская свет через поверхность кожи. Датчик фактически анализирует объём крови, проходящей через сосуды, и, таким образом, требует постоянного и плотного контакта с кожей. Однако факторы, такие как цвет кожи, уровень жира, татуировки и чистота датчика могут влиять на точность этих оптических сенсоров.
В области микрофлуидики существуют датчики, которые могут анализировать химический состав пота. Пот является хорошим индикатором уровня гидратации и наличия различных ионов в организме. Но снова, датчики пота требуют контакта с кожной поверхностью. Бесконтактный датчик, разработанный исследователями из Нортвестерн, решает эту проблему, сосредотачиваясь на анализе газов.
“Анализируя эти газы, устройство открывает совершенно новую возможность оценки состояния здоровья кожи, включая мониторинг ран, обнаружение кожных инфекций, отслеживание уровня гидратации, количественное определение воздействия вредных химикатов из окружения и многое другое,” — сообщается в пресс-релизе учреждения. Также согласно статье, опубликованной в журнале Nature, датчик можно использовать для выявления опасных химических веществ, проникающих в организм через кожу из окружающей среды.
Другим значительным преимуществом бесконтактного носимого устройства является то, что оно позволяет медработникам дистанционно отслеживать состояние пациента на основе газового анализа его кожи. Это устраняет необходимость в регулярных визитах в больницу и сложных анализах, требующих громоздких машин.
“Наличие устройства, которое может дистанционно измерять трансэпидермическую потерю воды в непрерывном или запланированном режиме, не нарушая покой пациента, является значительным достижением,” — прокомментировала доктор Эми Паллер, специалист по дерматологии в медицинской школе Фейнберга университета.
Несколько неожиданных преимуществ
Для людей с диабетом заживление ран становится серьёзной проблемой. Из-за высокого уровня сахара в крови факторы, такие как воспаление, повреждение нервов, плохое кровообращение и ослабленный иммунитет, замедляют процесс заживления. Если не контролировать ситуацию, ампутация может стать последним вариантом. Можно смело сказать, что важно тщательно следить за состоянием ран. Здесь на помощь приходит носимый датчик EFS.
Команда проверила эффективность устройства на повреждённых мышах (как здоровых, так и диабетиков) и заметила необычные изменения в концентрации газов вокруг места ранения. Наблюдая за резкими изменениями активности водяного пара и летучих органических соединений (ЛОС) на коже, пользователи или медицинские работники могут оценивать состояние травмы. Как указано в исследовательской статье, “независимые пользователи EFS могут оценивать состояние заживления ран, такие как целостность тканей, заживление и бактериальная инфекция.”
Уникальный датчик также дает представление о общем уровне гигиены кожи. В ходе экспериментов с участниками-людьми он смог выявить разные уровни ЛОС и углекислого газа, находящиеся на поверхности кожи, что соответствует состоянию гигиены и факторам, способствующим размножению вредных бактерий. По мнению специалистов, изменение концентрации молекул ЛОС на коже также является верным признаком воздействия ультрафиолетовых (УФ) лучей, приводящих к солнечным ожогам.
Похожую концепцию можно применить для проверки наличия опасных газов в окружающей среде, которые могут воздействовать на кожу и общее здоровье. Используя данные о газовой среде на коже, эксперты могут также измерить эффективность кремов и лосьонов. Например, наличие углекислого газа и летучих органических соединений на коже привлекает вредных насекомых, таких как комары.
Apple Watch Ultra 2
Данные от газового кожного датчика могут помочь определить, как быстро лосьон проникает через кожный барьер, измерять безопасность косметических средств и проверять эффективность других кожных лечебных процедур. В настоящее время команда Университета Нортвестерн сосредоточена на разработке более универсального газового датчика, способного определять более широкий спектр газов и отслеживать уровень pH. Когда это станет реальностью, устройство сможет охватить более широкий круг биомаркеров и предоставить ещё более полное представление о физиологическом состоянии человека.
Если вам понравилась эта статья, подпишитесь, чтобы не пропустить еще много полезных статей!
Вы также можете найти наши материалы в:
- Telegram: https://t.me/gergenshin
- Youtube: https://www.youtube.com/@gergenshin
- Яндекс Дзен: https://dzen.ru/gergen
- Официальный сайт: https://www-genshin.ru
