Un senza fili, monitor indossabile costruito con elettronica estensibile potrebbe consentire un comodo, monitoraggio della salute a lungo termine degli adulti, neonati e bambini piccoli senza preoccuparsi di lesioni cutanee o reazioni allergiche causate da sensori adesivi convenzionali con gel conduttivo.

Il monitor morbido e conformabile può trasmettere l'elettrocardiogramma (ECG), frequenza cardiaca, dati sulla frequenza respiratoria e sull'attività motoria fino a 15 metri su un dispositivo di registrazione portatile come uno smartphone o un tablet. L'elettronica è montata su un substrato estensibile e collegata all'oro, elettrodi simili alla pelle attraverso connettori stampati che possono allungarsi con la pellicola medica in cui sono incorporati.

"Questo monitor sanitario ha un vantaggio fondamentale per i bambini piccoli che sono sempre in movimento, poiché il dispositivo conformabile morbido può ospitare tale attività con una delicata integrazione sulla pelle, " disse Woon-Hong Yeo, un assistente professore presso la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering e il Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering presso il Georgia Institute of Technology. "Questo è progettato per soddisfare le esigenze di monitoraggio elettronico della salute delle persone la cui pelle sensibile può essere danneggiata dai monitor convenzionali".

I dettagli del monitor sono stati riportati il ​​24 luglio sulla rivista Scienze avanzate . La ricerca è stata supportata dall'Imlay Innovation Fund presso Children's Healthcare di Atlanta, NextFlex (Istituto di produzione di elettronica ibrida flessibile), e da una borsa di studio dell'Istituto per l'elettronica e la nanotecnologia della Georgia Tech. Il monitor è stato studiato sia su modelli animali che umani.

Poiché il dispositivo si adatta alla pelle, evita problemi di segnale che possono essere creati dal movimento dei tipici elettrodi in gel di metallo sulla pelle. Il dispositivo può persino ottenere segnali precisi da una persona che cammina, correre o salire le scale.

"Quando metti un elettrodo convenzionale sul torace, il movimento dallo stare seduti o dal camminare crea artefatti di movimento che è difficile separare dai segnali che si desidera misurare, " ha detto. "Poiché il nostro dispositivo è morbido e conforme, si muove con la pelle e fornisce informazioni che non possono essere viste con gli artefatti di movimento dei sensori convenzionali."

La valutazione continua con un monitor sanitario wireless potrebbe migliorare la valutazione dei bambini e aiutare i medici a identificare le tendenze in anticipo, potenzialmente facilitare l'intervento prima che una condizione progredisca, ha detto il dottor Kevin Maher, un cardiologo pediatrico presso il Children's Healthcare di Atlanta.

"La generazione di dati continui dai sistemi respiratorio e cardiovascolare potrebbe consentire l'applicazione di diagnostica avanzata per rilevare i cambiamenti nello stato clinico, risposta alle terapie e attuazione di interventi precoci, " Ha detto Maher. "Un dispositivo per seguire letteralmente ogni respiro che un bambino fa potrebbe consentire il riconoscimento precoce e l'intervento prima di una presentazione più grave di una malattia".

Usato in casa, un monitor indossabile potrebbe rilevare cambiamenti che altrimenti non sarebbero evidenti, Egli ha detto. In ambito clinico, il dispositivo wireless potrebbe consentire ai bambini di sentirsi meno "legati" alle apparecchiature. "Vedo questo dispositivo come un cambiamento significativo nell'assistenza sanitaria pediatrica e sono entusiasta di collaborare con Georgia Tech sul progetto, " ha aggiunto Maher.

Il monitor utilizza tre elettrodi d'oro incorporati nella pellicola che contiene anche l'apparecchiatura di elaborazione elettronica. L'intero monitor sanitario ha un diametro di soli tre pollici, e una versione più avanzata in fase di sviluppo sarà la metà di quelle dimensioni. Il monitor wireless è ora alimentato da una piccola batteria ricaricabile, ma le versioni future potrebbero sostituire la batteria con un sistema di ricarica esterno a radiofrequenza.

Yeo e i suoi collaboratori, tra cui il primo autore e borsista post-dottorato Yun-Soung Kim, si stanno concentrando sulle applicazioni pediatriche a causa della necessità di monitoraggio ambulatoriale nei bambini. Però, prevedono che il monitor sanitario possa essere utilizzato anche per altri gruppi di pazienti, compresi gli anziani che possono anche avere la pelle sensibile. Per adulti, ci sarebbero ulteriori vantaggi.

"Il monitor può essere indossato per più giorni, forse per due settimane, " Yeo ha detto. "La membrana è impermeabile, in modo che un adulto possa fare la doccia mentre lo indossa. Dopo l'uso, i componenti elettronici possono essere riciclati."

Sono state sviluppate due versioni del monitor. Uno è basato su nastro medico e progettato per l'uso a breve termine in un ospedale o in un'altra struttura di cura, mentre l'altro utilizza una pellicola medica in elastomero morbido approvata per l'uso nella cura delle ferite. Quest'ultimo può rimanere sulla pelle più a lungo.

"I dispositivi sono completamente asciutti e non richiedono un gel per captare i segnali dalla pelle, " Yeo ha spiegato. "Non c'è niente tra la pelle e il sensore ultrasottile, quindi è comodo da indossare."

Poiché il monitor può essere indossato per lunghi periodi di tempo, può fornire una registrazione a lungo termine dei dati ECG utili per comprendere potenziali problemi cardiaci. "Utilizziamo il deep learning per monitorare i segnali confrontandoli con i dati di un gruppo più ampio di pazienti, " Yeo ha detto. "Se viene rilevata un'anomalia, può essere segnalato in modalità wireless tramite uno smartphone o un altro dispositivo connesso."

La fabbricazione dei circuiti del monitor utilizza film sottili, modelli a rete di rame che possono flettersi con il substrato morbido. I chip sono l'unica parte non flessibile, ma sono montati sul substrato morbido isolato dalla deformazione invece di un tradizionale circuito di plastica.

Come passi successivi, Yeo prevede di ridurre le dimensioni del dispositivo e aggiungere funzionalità per misurare altri parametri relativi alla salute come temperatura, ossigeno nel sangue e pressione sanguigna. Una pietra miliare importante sarebbe una sperimentazione clinica per valutare le prestazioni rispetto ai monitor sanitari convenzionali.

Per Yeo, specializzato in nano e microingegneria, la prospettiva di vedere il dispositivo negli studi clinici e, in definitiva, utilizzato negli ospedali pediatrici, è un potente incentivo.

"Sarà un sogno che si avvera per me vedere qualcosa che abbiamo sviluppato essere utile a qualcuno che sta soffrendo, " ha detto. "Tutti noi vogliamo vedere gli sviluppi nella scienza e nell'ingegneria tradotti in una migliore cura del paziente".