Носимые и имплантируемые устройства используют людей в качестве источника энергии

3 августа 2023 Автор: Сеть участников MDO Оставить комментарий

Батарея MIT на основе глюкозы использует собственный сахар организма для выработки электроэнергии, которая могла бы питать имплантаты и датчики. [Изображение предоставлено Массачусетским технологическим институтом]

Носимые медицинские устройства и имплантаты становятся все более популярными в широком спектре применений, таких как устройства мониторинга здоровья и биомедицинские имплантаты, которые обеспечивают непрерывные измерения биомаркеров и медицинскую диагностику. Учитывая рост численности пожилого населения и знания, полученные в результате пандемии, переход к разработке носимых устройств и биосенсоров увеличил потребность в мониторинге здоровья в режиме реального времени, персонализированной медицине и технологиях оказания медицинской помощи (POCT).

За последнее десятилетие были достигнуты успехи в разработке носимых медицинских устройств и имплантатов нового поколения с использованием новейших технологий, которые делают их использование дешевым и доступным. То, что обычно занимало часы для диагностического тестирования в медицинском учреждении, теперь можно сделать удаленно с помощью биосенсоров. По мере того, как все больше медицинских услуг переходят на персонализированную медицину, эти датчики станут таким же обычным явлением, как Fitbit и умные часы. Согласно отчету Facts & Factors, к 2028 году рынок носимых технологий превысит 380 миллиардов долларов, а совокупный годовой темп роста составит 18,5%.

Так что же такое носимые медицинские технологии? Большинство из нас видели или использовали устройства, которые отслеживают и собирают ряд показателей здоровья и режимов тренировок и могут даже отправлять эти данные медицинским работникам в режиме реального времени. Это могут быть фитнес-трекеры и умные часы, но другие, например носимые мониторы ЭКГ и датчики артериального давления, встречаются не так часто. Например, устройство Move ECG компании Withing может измерять электрокардиограмму и даже обнаруживать фибрилляцию предсердий, а затем отправлять данные врачу пользователя.

В 2019 году компания Omron Health выпустила HeartGuide — портативный осциллометрический прибор для измерения артериального давления. Часы могут собирать и хранить до 100 показаний, которые можно передать в мобильное приложение HeartAdvisor для просмотра, сравнения и оптимизации лечения. Биосенсоры также становятся все более доступными, их можно носить на коже или даже в виде имплантатов или использовать в форме «умных таблеток». Носимый биосенсор Philips, например, представляет собой самоклеящийся пластырь, который надевается на кожу и обеспечивает ряд биометрических показателей, включая движение, частоту сердечных сокращений, частоту дыхания и артериальное давление.

История биосенсоров восходит к 1962 году, когда Леланд Кларк разработал датчик глюкозы на основе кислородного электрода, который использовался во время сердечно-сосудистых операций. С тех пор в области биосенсоров было достигнуто множество успехов по мере появления новых технологий. Биосенсоры — это биоаналитические устройства, которые предоставляют конкретную количественную и полуколичественную аналитическую информацию путем преобразования биологических реакций или стимулов в измеримые сигналы.

Эти датчики состоят из трех ключевых компонентов: биологического сенсорного компонента, подключенного детектора или преобразователя и системы обработки сигналов. Этим биокомпонентом может быть фермент, антитело, клетка или многие другие, а преобразователь основан на методе трансдукции, таком как электрохимический, оптический, акустический или калориметрический. В биомедицинском контексте к биосенсорам предъявляются особые требования, прежде чем их можно будет использовать внутри страны, первым из которых является биосовместимость. Например, датчики в приложениях для интеграции с кожей должны быть растягивающимися, гибкими и ультратонкими, чтобы соответствовать естественным изгибам и движениям пользователя.

В связи с этим существуют факторы, которые создают проблемы при разработке носимых медицинских устройств и биосенсоров, особенно имплантируемых. На вершине этого списка находится источник питания, поскольку даже те, которые используются внутри, требуют батарей, которые, как правило, большие и громоздкие для датчиков, предназначенных для длительного использования. Хорошей новостью является то, что ученые и исследователи начали разрабатывать энергетические системы, использующие технологии сбора энергии, которые могли бы питать эти биосенсоры практически бесконечно.