Czujniki monitorujące rytm serca cieńsze od papieru
Choroby układu krążenia pozostają niezmiennie jedną z głównych przyczyn zgonów na świecie. Szybkie i precyzyjne wykrywanie zaburzeń jego działania ma kluczowe znaczenie z punktu widzenia zapobiegania ich najpoważniejszym skutkom, takim jak zawały serca i udary mózgu. Jednym z kluczowych wskaźników stanu układu sercowo-naczyniowego jest ciśnienie krwi. Z tego powodu ciągłe i nieinwazyjne badanie skurczy tętnic może umożliwić badanie stanu zdrowia naczyń krwionośnych pacjenta. Konwencjonalne metody pomiaru ciśnienia krwi bywają uciążliwe i niewygodne, a ich wykorzystanie w celu ciągłego monitorowania jest niemożliwe.
Bardzo cienki czujnik nadgarstkowy
W ramach projektu UNOPIEZO, realizowanego dzięki wsparciu ze środków działania „Maria Skłodowska-Curie”, powstał innowacyjny ultracienki czujnik, który może zrewolucjonizować ciągłe monitorowanie układu krążenia. „Idea ultracienkiego czujnika opiera się na umożliwieniu odgięcia wraz z pulsowaniem tętnic, aby zwiększyć jego czułość”, wyjaśnia Mika-Matti Laurila, stypendysta działania „Maria Skłodowska-Curie”. Czujnik wykrywa ciśnienie tętnicze dzięki zjawisku piezoelektrycznemu, które pozwala na przetworzenie mechanicznego odkształcenia spowodowanego przez pulsującą pod skórą tętnice w sygnał elektryczny. Po przymocowaniu do skóry czujnik odkształca się wraz z pulsem pacjenta, wytwarzając sygnał elektryczny odpowiadający impulsowi ciśnienia krwi przemieszczającemu się przez tętnicę. Elastyczność czujnika zapewnia dokładne odgięcie przy każdym impulsie, co maksymalizuje odkształcenie mechaniczne i pozwala na uzyskanie wyraźniejszego i bardziej precyzyjnego sygnału. Dzięki temu nie tylko rośnie dokładność pomiarów, ale także zmniejsza się ilość materiału wymaganego do produkcji czujnika. To sprawia, że jest zarówno przystępny cenowo, jak i przyjazny dla środowiska. Czujnik jest przytwierdzany do skóry za pomocą miękkiej i opartej na elastomerach jednostki transmisji danych, która umożliwia bezprzewodowy przesył danych. Oba urządzenia są umieszczane na nadgarstku pacjenta - czujnik znajduje się wówczas bezpośrednio nad tętnicą. Zastosowany miękki materiał elastomerowy nie tylko umożliwia ugięcie czujnika wraz z pulsem, ale także zapewnia wygodę pacjenta.
Badania i osiągi czujników
Czujnik opracowany w ramach projektu UNOPIEZO przeszedł rygorystyczne testy, które pozwoliły na potwierdzenie jego dokładności i niezawodności. Jedną z najważniejszych kwestii jest niezwykła czułość czujnika, która w przypadku zginania przekracza 50-krotnie rozwiązania oparte na siłach ściskających. Korzystając ze sztucznego serca, które generowało symulowane tętno, badacze wykazali, że czujnik był w stanie dokładnie odwzorowywać pracę symulowanego serca. Rozwiązanie zostało także przetestowane z udziałem ludzi, w przypadku których umożliwiło skuteczny pomiar tętna na nadgarstku. Uzyskany kształt fali tętna był zgodny z założeniami, co wykazuje możliwość zastosowania rozwiązania w rzeczywistych zastosowaniach.
Najważniejsze zalety
Jedną z najważniejszych zalet czujnika opracowanego przez zespół UNOPIEZO jest niskie zużycie energii. W przeciwieństwie do innych rozwiązań, które wymagają stałego zewnętrznego źródła zasilania, czujnik piezoelektryczny wytwarza swoje własne zasilanie, przetwarzając energię mechaniczną impulsu w energię elektryczną. Jak twierdzi Laurila: „Kolejną zaletą jest proces wytwarzania czujników - wykorzystuje bowiem techniki R2R, w związku z czym przypomina wydruk na papierze”. Zastosowanie tej metody nie tylko obniża koszty, ale także pozwala na masową produkcję, dzięki czemu technologia jest skalowalna i dostępna do szerokiego zastosowania w placówkach opieki zdrowotnej. Zdaniem ekspertów dalsze wysiłki na rzecz poprawy niezawodności systemu, usprawnienia produkcji oraz zwiększenia skuteczności klinicznej zmienią sposób monitorowania zdrowia układu krążenia, dzięki czemu stanie się bardziej przystępny, sprawniejszy i przyjazny dla środowiska.
Słowa kluczowe
UNOPIEZO, zdrowie układu krążenia, ciśnienie tętnicze krwi, czujnik piezoelektryczny