Нарисовать свои собственные биомедицинские сенсоры, используя карандаш и бумагу

Носимые биоэлектронные устройства, которые наклеиваются на кожу и измеряют такие параметры, как температура, сердечный ритм и другие показатели, как правило, являются сложными устройствами, использующие современные материалы для выполнения своей работы. Они, как правило, сложны в производстве, дорогие и хрупкие, и поэтому до сих пор не являются широкодоступными.

Но теперь это может измениться - американские ученые из университета Миссури придумали, как использовать только графитовые карандаши и офисную бумагу для создания высокофункциональных биоэлектронных устройств. Информация об этом открытии была недавно опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Такие устройства позволяют осуществлять в режиме реального времени непрерывный и высокоточный мониторинг целого ряда жизненно важных биофизических и биохимических сигналов, поступающих от человеческого организма, включая температуру кожи, электрокардиограмму, электромиограмму, альфа-, бета- и тета-ритмы, мгновенный пульс, частоту дыхания и рН, уровень мочевой кислоты и глюкозы, а также доставлять запрограммированные тепловые стимуляторы. Примечательно, что качество записанных сигналов сопоставимо с теми, которые измеряются обычными методами.

Чтобы показать небольшую долю того, что возможно с помощью этой технологии, команда разработала наклеиваемые на кожу устройства, которые могут измерять температуру тела, ЭКГ, а также анализировать пот с целью определения уровня рН, мочевой кислоты и глюкозы. Они также использовали свою разработку для создания трансдермального прибора для ввода лекарств, который можно носить на коже для продолжительной терапии, и электрического коллектора, использующего влажность для выработки энергии, которая может быть полезна для питания кожаной электроники.

Университетские ученые обнаружили, что графитовые карандаши (с более 90% графита) способны проводить достаточно электричества для обычных биомедицинских сенсоров. Различные рисунки, нарисованные на обычной офисной бумаге, могут при этом выступать в качестве сенсоров, а более сложные устройства, такие как упомянутый выше коллектор, представляют собой просто несколько слоев бумаги и больше графитовых изображений. Как сообщается, подход настолько прост в использовании, что пациенты сами смогут рисовать датчики на бумаге и применять их, не выходя из дома.

Как рассказывает автор исследования Чжэн Янь,

Например, если у человека проблемы со сном, мы могли бы нарисовать биомедицинское устройство, которое помогло бы контролировать параметры сна этого человека. Или в классе учитель может увлечь учеников, включив в план урока создание носимого устройства с использованием карандашей и бумаги. Кроме того, такой недорогой и легко настраиваемый подход мог бы позволить ученым проводить исследования дома, например, во время пандемии.

Технология имеет многочисленные преимущества, такие как низкая цена, фантастическая доступность, низкое воздействие на окружающую среду, а во время продолжающейся пандемии COVID-19, безусловно, существует возможность самостоятельного создания и использования медицинских датчиков.