새로운 스킨 패치로 웨어러블 올인원 건강 모니터에 더욱 가까워졌습니다

University of California San Diego의 엔지니어들은 목에 착용할 수 있는 부드럽고 신축성 있는 피부 패치를 개발하여 혈압과 심장 박동수를 지속적으로 추적하는 동시에 착용자의 포도당과 젖산, 알코올 또는 카페인 수치를 측정합니다. 인체의 심혈관 신호와 여러 생화학적 수치를 동시에 모니터링하는 최초의 웨어러블 기기입니다.

이러한 장치는 고혈압과 당뇨병을 관리하는 개인, 즉 COVID-19로 중병에 걸릴 위험도 높은 개인에게 도움이 될 수 있습니다. 또한 젖산 수치의 급격한 상승과 함께 급격한 혈압 강하를 특징으로 하는 패혈증의 발병을 감지하는 데 사용할 수 있습니다.

이 모든 것을 할 수 있는 하나의 부드러운 피부 패치는 또한 혈압 및 기타 활력 징후의 지속적인 모니터링이 필요한 NICU의 유아를 포함하여 중환자실 환자에게 편리한 대안을 제공할 것입니다. 이러한 절차에는 현재 환자의 동맥 깊숙이 카테터를 삽입하고 환자를 여러 병원 모니터에 연결하는 작업이 포함됩니다.

UC 샌디에이고의 나노공학 교수인 Joseph Wang은 “여기서 참신한 것은 우리가 완전히 다른 센서를 가지고 우표만큼 작은 단일 플랫폼에서 함께 병합한다는 것입니다. "이 웨어러블로 많은 정보를 수집할 수 있으며 일상 활동에 불편함이나 방해를 주지 않으면서 비침습적인 방식으로 수집할 수 있습니다."

패치는 피부에 순응할 수 있는 신축성 있는 폴리머의 얇은 시트입니다. 혈압 센서와 2개의 화학 센서가 장착되어 있습니다. 하나는 땀의 젖산(신체 활동의 바이오마커), 카페인 및 알코올 수준을 측정하고 다른 하나는 간질액의 포도당 수준을 측정합니다.

패치는 혈압, 포도당, 젖산, 알코올 또는 카페인과 같이 각 센서에서 하나씩 세 가지 매개변수를 한 번에 측정할 수 있습니다.

혈압 센서는 패치 중앙 근처에 있습니다. 전도성 잉크로 패치에 용접된 작은 초음파 변환기 세트로 구성됩니다. 변환기에 적용된 전압은 초음파를 신체로 보내도록 합니다. 초음파가 동맥에서 반사되면 센서가 에코를 감지하고 신호를 혈압 판독값으로 변환합니다.

화학 센서는 전도성 잉크로 패치에 스크린 인쇄되는 두 개의 전극입니다. 젖산, 카페인, 알코올을 감지하는 전극은 패치의 오른쪽에 인쇄되어 있습니다. 필로카르핀이라는 약물을 피부에 방출하여 땀을 유도하고 땀의 화학 물질을 감지하여 작동합니다. 포도당을 감지하는 다른 전극은 왼쪽에 인쇄되어 있습니다. 피부를 통해 약한 전류를 흐르게 하여 간질액을 방출하고 그 액체의 포도당을 측정함으로써 작동합니다.

연구원들은 혈압에 영향을 미치기 때문에 이러한 특정 바이오마커를 측정하는 데 관심이 있었습니다. 나노공학 박사인 Juliane Sempionatto는 "우리는 보다 정확하고 신뢰할 수 있는 혈압 측정을 제공하는 매개변수를 선택했습니다. Wang의 연구실에 있는 학생입니다.

“당신이 혈압을 모니터링하고 있는데 낮에 급상승을 보고 뭔가 잘못되었다고 생각한다고 가정해 봅시다. 바이오마커 판독값은 이러한 스파이크가 알코올 또는 카페인 섭취로 인한 것인지 알려줄 수 있습니다. 이러한 센서 조합은 그러한 유형의 정보를 제공할 수 있습니다.”라고 그녀는 말했습니다.

테스트에서 피험자들은 다음 작업의 다양한 조합을 수행하는 동안 목에 패치를 착용했습니다. 고당분 식사를 하는 것; 알코올 음료를 마시는 것; 그리고 카페인 음료를 마시는 것. 패치의 측정값은 혈압계, 혈액 젖산 측정기, 혈당 측정기 및 음주 측정기와 같은 상업용 모니터링 장치에서 수집한 측정값과 거의 일치했습니다. 착용자의 카페인 수치 측정은 카페인이 첨가된 땀 샘플을 측정하여 실험실에서 검증되었습니다.

패치를 만들 때 가장 큰 어려움 중 하나는 센서 신호 간의 간섭을 제거하는 것이었습니다. 이를 위해 연구진은 혈압 센서와 화학 센서 사이의 최적 간격을 알아내야 했다. 그들은 장치를 가능한 한 작게 유지하면서 1센티미터의 간격이 트릭을 수행한다는 것을 발견했습니다.

연구원들은 또한 혈압 센서로부터 화학적 센서를 물리적으로 보호하는 방법을 알아내야 했습니다. 후자는 일반적으로 명확한 판독 값을 생성하기 위해 액체 초음파 젤이 장착되어 제공됩니다. 하지만 화학센서도 ​​자체 하이드로겔을 탑재하고 있어 혈압센서에서 나온 액체 젤이 흘러나와 다른 젤과 접촉하게 되면 센서간 간섭이 생긴다는 게 문제다. 그래서 연구원들은 액체 버전과 마찬가지로 작동하지만 누출이 없는 고체 초음파 젤을 사용했습니다.

팀은 이미 더 많은 센서가 포함된 새 버전의 패치를 작업 중입니다. “다양한 질병과 관련된 다른 바이오마커를 모니터링할 기회가 있습니다. 우리는 이 장치에 더 많은 임상적 가치를 더하기 위해 노력하고 있습니다.”라고 Sempionatto가 말했습니다.

진행중인 작업에는 혈압 센서용 전자 장치 축소도 포함됩니다. 현재 센서는 판독값을 표시하기 위해 전원 및 탁상용 기계에 연결해야 합니다. 궁극적인 목표는 이 모든 것을 패치에 적용하고 모든 것을 무선으로 만드는 것입니다.