Thiết bị đeo được đã trở thành một phần lớn trong chăm sóc sức khỏe hiện đại, giúp theo dõi nhịp tim, mức độ căng thẳng và hoạt động của bệnh nhân. Những thiết bị này Dựa vào các điện cựccảm biến chạm vào da để nhận tín hiệu điện từ cơ thể.
Tạo các điện cực này không dễ như nó có vẻ. Nhân loại Da rất phức tạp. Các tính chất của nó, chẳng hạn như nó hoạt động tốt như thế nào, có thể thay đổi tùy thuộc vào mức độ ngậm nước của nó, bạn bao nhiêu tuổi hoặc thậm chí là thời tiết. Những thay đổi này có thể khiến bạn khó kiểm tra mức độ hoạt động của thiết bị đeo được như thế nào.
Ngoài ra, các điện cực thử nghiệm thường liên quan đến Tình nguyện viên của con ngườicó thể là khó khăn và không thể đoán trước. Da của mọi người đều khác nhau, có nghĩa là kết quả không phải lúc nào cũng nhất quán. Thử nghiệm cũng cần có thời gian và tiền bạc. Thêm vào đó, có những lo ngại về đạo đức về việc yêu cầu mọi người tham gia vào các thí nghiệm này, bao gồm đảm bảo họ được thông báo về các rủi ro và lợi ích và có thể tự nguyện tham gia.
Các nhà khoa học đã cố gắng tạo ra Mô hình da nhân tạo Để tránh một số vấn đề này, nhưng những vấn đề hiện tại không thể bắt chước hoàn toàn cách cư xử của da khi tương tác với các cảm biến có thể đeo. Để giải quyết những hạn chế này, các đồng nghiệp của tôi Và tôi đã phát triển một công cụ gọi là Phantom da sinh học – Một mô hình bắt chước hành vi điện của da người, làm cho các cảm biến có thể đeo được dễ dàng hơn, rẻ hơn và đáng tin cậy hơn.
Phantom da là gì?
Của chúng tôi Phantom da sinh học được làm bằng hai lớp nắm bắt các sắc thái của cả bề mặt da và các mô sâu hơn. Biomimetic có nghĩa là nó bắt chước một cái gì đó từ thiên nhiên – trong trường hợp này, da người. Phantom Phantom đề cập đến một mô hình vật lý hoặc thiết bị được tạo ra để bắt chước các tính chất của một thứ thực sự, như các mô người, vì vậy nó có thể được sử dụng để nghiên cứu thay vì dựa vào người thực tế.
Da của bạn được tạo thành từ nhiều lớp tế bào.
OpenStaxThì CC BY-SA
Lớp dưới cùng bắt chước các mô sâu hơn dưới da. Nó được làm từ một chất giống như gel được gọi là Polyvinyl cologe cryogelcó thể được điều chỉnh để có độ mềm tương tự và độ dẫn điện với các mô sinh học thực. Chúng tôi đã chọn vật liệu này bởi vì những phẩm chất này, cùng với độ bền và sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu y sinh, làm cho nó trở thành một người tốt cho các lớp da sâu hơn.
Lớp trên cùng bắt chước phần ngoài cùng của da, được gọi là tầng corneum. Nó được làm từ một Vật liệu giống như silicon được gọi là PDMSđược trộn với các chất phụ gia đặc biệt để phù hợp với tính chất điện của da. Cũng được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu y sinh, PDM là linh hoạt và dễ dàng để hình thành để sao chép chặt chẽ lớp ngoài của da.
Một tính năng độc đáo của bóng ma da của chúng ta là khả năng bắt chước các cấp độ khác nhau của hydrat hóa da. Hydrat hóa ảnh hưởng đến việc da hoạt động tốt như thế nào. Da khô có điện trở cao hơn, có nghĩa là nó chống lại dòng điện. Điều này làm cho các thiết bị đeo được khó khăn hơn để nhận tín hiệu. Da ngậm nước dẫn điện dễ dàng hơn vì nước cải thiện chuyển động của các hạt tích điện, dẫn đến tốt hơn Chất lượng tín hiệu. Cải thiện cách da khô được mô hình hóa và thử nghiệm có thể dẫn đến các thiết kế điện cực tốt hơn.
Để tái tạo tác động của hydrat hóa da, chúng tôi giới thiệu lỗ chân lông có thể điều chỉnh vào lớp PDMS trên cùng của bóng ma. Bằng cách thay đổi chính xác kích thước và mật độ của lỗ chân lông, mô hình có thể bắt chước điều kiện da khô hoặc ngậm nước.
Thử nghiệm da Phantom
Đội của tôi và tôi đã thử nghiệm độ bóng da của chúng tôi theo nhiều cách để xem liệu nó có thực sự thay thế làn da của con người trong các thí nghiệm hay không.
Đầu tiên, chúng tôi đã sử dụng một phương pháp gọi là Quang phổ trở kháng để nghiên cứu các tính chất điện của Phantom. Kỹ thuật này áp dụng các tín hiệu điện xen kẽ ở các tần số khác nhau và đo điện trở của vật liệu đối với lưu lượng điện, cung cấp một hồ sơ chi tiết về hành vi điện của nó. Kết quả từ các thí nghiệm chúng tôi đã tiến hành trên năm tình nguyện viên cho thấy phản ứng trở kháng của Phantom nhân đôi chặt chẽ của da người trên cả hai điều kiện khô và ngậm nước, với sự khác biệt dưới 20% giữa da thật và bóng ma.
Da ẩm hành xử khác với da khô.
Frederic Cirou/Photoalto qua Getty Images
Chúng tôi cũng đã kiểm tra xem các thiết bị có thể đeo có thể nhận tín hiệu từ Phantom da hay không và chất lượng tín hiệu thay đổi như thế nào với các điều kiện da khác nhau. Để làm điều này, chúng tôi đã ghi lại tín hiệu eletrocardiogram Trên phantoms được thiết kế để bắt chước da khô và ngậm nước. Kết quả cho thấy rõ ràng Sự khác biệt về chất lượng tín hiệu: Da khô mô phỏng bóng ma có tỷ lệ nhiễu tín hiệu thấp hơn, trong khi bóng ma ngậm nước cho thấy sự rõ ràng tín hiệu tốt hơn. Những phát hiện này phù hợp với Các nghiên cứu trước đây từ các nhà nghiên cứu khác.
Cùng với nhau, da của chúng ta Phantom sao chép chặt chẽ cách da người phản ứng với các cảm biến có thể đeo được trên một loạt các điều kiện, bao gồm cả trạng thái khô và ngậm nước. Độ chính xác này làm cho nó trở thành một vị trí tối ưu cho làn da thật trong phòng thí nghiệm.
Công nghệ có thể đeo được
Phantom da không chỉ là một công cụ thử nghiệm – đó là một bước tiến cho công nghệ sức khỏe có thể đeo được.
Bằng cách loại bỏ sự không thể đoán trước của thử nghiệm của con người, các nhà khoa học có thể thiết kế và cải thiện các thiết bị đeo được nhanh chóng và hiệu quả hơn. Họ cũng có thể sử dụng nó để nghiên cứu cách da tương tác với các thiết bị y tế, chẳng hạn như các bản vá cung cấp thuốc hoặc các công cụ chẩn đoán tiên tiến.
Phantom da của chúng tôi cũng đơn giản và rẻ tiền. Mỗi bóng ma Chi phí ít hơn chúng tôi $ 3 và có thể được thực hiện với các vật liệu và công cụ phòng thí nghiệm tiêu chuẩn. Nó có thể được sử dụng lại nhiều lần trong cùng một ngày mà không có sự thay đổi đáng kể về tính chất điện của nó, mặc dù việc sử dụng mở rộng trong nhiều ngày có thể yêu cầu điều chỉnh, chẳng hạn như bù nước, để duy trì hiệu suất ổn định. Khả năng chi trả và khả năng tái sử dụng này làm cho Phantom dễ tiếp cận hơn đối với các phòng thí nghiệm với ngân sách hoặc tài nguyên hạn chế.
Khi công nghệ có thể đeo trở nên phổ biến hơn trong chăm sóc sức khỏe, các công cụ như Phantom da có thể giúp các thiết bị đáng tin cậy hơn, dễ tiếp cận và cá nhân hóa hơn cho mọi người.
Krittika GidelTrợ lý Giáo sư Sản xuất và Công nghệ Cơ khí, Học viện Công nghệ Rochester
Bài viết này được tái bản từ Cuộc trò chuyện theo giấy phép Creative Commons. Đọc Bài viết gốc.
Nguồn The Next Web