Les ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego ont développé le premier dispositif portable flexible capable de surveiller les signaux biochimiques et électriques dans le corps humain. Le Chem-Phys enregistrements patch électrocardiogramme (ECG) de signaux cardiaques et suit les niveaux de lactate, un biochimique qui est un marqueur de l'effort physique, en temps réel. Le dispositif peut être porté sur la poitrine et communique sans fil avec un smartphone, montre intelligente ou un ordinateur portable. Il pourrait avoir un large éventail d'applications, des athlètes de suivi leurs séances d'entraînement aux médecins surveillance des patients atteints de maladies cardiaques.
Nanoengineers et ingénieurs électriques à l'UC San Diego Centre pour Wearable Sensors ont travaillé ensemble pour construire le dispositif, qui comprend une suite flexible de capteurs et une petite carte électronique. Le dispositif peut également transmettre les données à partir de signaux biochimiques et électriques par l'intermédiaire de Bluetooth.
professeur de Nanoengineering Joseph Wang et professeur de génie électrique Patrick Mercier à l'UC San Diego Jacobs School of Engineering a conduit le projet, avec l'équipe de Wang travaillant sur les capteurs et la chimie du brassage, tandis que l'équipe de Mercier a travaillé sur l'électronique et de transmission de données. Ils décrivent le patch Chem-Phys dans le numéro du 23 mai de Nature Communications.
«L'un des objectifs primordiaux de notre recherche est de construire un dispositif de tricorder comme portable qui peut mesurer simultanément toute une série de signaux électrophysiologiques chimiques, physiques et en continu tout au long de la journée», a déclaré Mercier. «Cette recherche représente une première étape importante pour montrer cela peut être possible."
La plupart des wearables commerciaux ne mesurent un seul signal, comme les étapes ou la fréquence cardiaque, Mercier dit. Presque aucun d'entre eux mesurer des signaux chimiques, tels que le lactate.
Voilà l'écart que le capteur conçu par des chercheurs de l'Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego vise à combler. En combinant des informations sur la fréquence cardiaque et de lactate - une première dans le domaine des capteurs portables - pourrait être particulièrement utile pour les athlètes qui veulent améliorer leur performance. Les deux Mercier et Wang ont été fielding demandes des athlètes olympiques sur les technologies du Centre pour Wearable Capteurs produit.
«La capacité à détecter à la fois ECG et de lactate dans un petit capteur portable pourrait offrir des avantages dans une variété de domaines", a expliqué le Dr Kevin Patrick, médecin et directeur du Center for Wireless et les systèmes de santé de la population à l'UC San Diego, qui était ne participe pas à la recherche. «Il y aurait certainement intérêt dans la communauté de la médecine du sport sur la façon dont ce type de détection pourrait aider à optimiser les schémas de formation pour les athlètes d'élite», a ajouté Patrick, qui est également membre du Centre pour les capteurs Wearable. «La capacité à évaluer simultanément ECG et lactate pourrait aussi ouvrir des possibilités intéressantes dans la prévention et / ou de la gestion des personnes souffrant de maladies cardiovasculaires."
plus grand défi Les chercheurs faisait en sorte que les signaux des deux capteurs ne gênent pas les uns avec les autres. Cela a nécessité une certaine ingénierie minutieuse et un peu juste de l'expérimentation avant de trouver la bonne configuration pour les capteurs.
Faire le patch
Les chercheurs ont utilisé la sérigraphie pour la fabrication du patch sur une feuille mince, souple polyester qui peut être appliquée directement sur la peau. Une électrode pour détecter le lactate a été imprimé dans le centre de la pièce, avec deux électrodes ECG bracketing vers la gauche et la droite. Les ingénieurs ont traversé plusieurs itérations du patch pour trouver la meilleure distance entre les électrodes pour éviter les interférences, tout en recueillant le meilleur signal de qualité. Ils ont constaté que sur une distance de quatre centimètres (environ 1,5 pouces) entre les électrodes d'ECG est optimale.
Les chercheurs ont également eu pour vous assurer que les capteurs d'électrocardiogramme ont été isolés à partir du capteur de lactate. Celui-ci fonctionne en appliquant une faible tension et en mesurant le courant électrique à travers les électrodes. Ce courant peut passer à travers la sueur, ce qui est légèrement conducteur, et peut potentiellement perturber les mesures ECG. Ainsi, les chercheurs ont ajouté une couche imprimée de silicone caoutchouc souple hydrofuge au patch et configurés pour garder la sueur loin des électrodes ECG, mais pas le capteur de lactate.
Les capteurs ont ensuite été reliés à une petite carte de circuit imprimé personnalisé équipé d'un microcontrôleur et d'une puce Bluetooth Low Energy, qui a transmis sans fil les données recueillies par le patch pour un smartphone ou un ordinateur.
Essai
Le patch a été testé sur trois sujets de sexe masculin, qui portaient le dispositif sur la poitrine, près de la base de leur sternum, tout en faisant de 15 à 30 minutes d'activité intense sur un vélo stationnaire. Deux des sujets portaient aussi un moniteur de fréquence cardiaque de bracelet commercial. Les données recueillies par les électrodes ECG sur le patch correspondent étroitement les données recueillies par le bracelet commercial. Les données recueillies par le biocapteur de lactate suit de près les données recueillies lors de l'augmentation des séances d'entraînement d'intensité dans d'autres études.
Prochaines étapes
Les prochaines étapes comprennent l'amélioration de la façon dont le timbre et la carte sont connectés et en ajoutant des capteurs pour d'autres marqueurs chimiques, tels que le magnésium et le potassium, ainsi que d'autres signes vitaux. Les médecins qui travaillent avec Wang et Mercier sont également enthousiasmés par la possibilité d'analyser les données des deux signaux et voir comment ils sont corrélés.
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