«Мы намеревались создать тип повязки, которая могла бы обнаруживать пролежни по мере их образования, прежде чем повреждение достигнет поверхности кожи», — сказал Мишель Махарбиз, доцент электротехники и компьютерных наук Калифорнийского университета в Беркли и глава отдела интеллектуальных технологий. -бинтовочный проект. «Мы можем представить его, который несет медсестра для выборочной проверки целевых участков на пациенте, или его можно включить в повязку на рану, чтобы регулярно контролировать процесс заживления».Исследователи использовали электрические изменения, которые происходят, когда здоровая клетка начинает умирать.
Они протестировали тонкую неинвазивную повязку на коже крыс и обнаружили, что устройство способно обнаруживать разную степень повреждения тканей у разных животных.Решение растущей проблемы со здоровьемРезультаты, опубликованные в журнале Nature Communications, могут стать серьезным стимулом для усилий по решению проблемы со здоровьем, от которой страдают примерно 2,5 миллиона жителей США при ежегодных затратах в 11 миллиардов долларов.Пролежни или пролежни — это травмы, которые могут возникнуть в результате того, что длительное давление прекращает кровоснабжение кожи.
Области, которые покрывают костные части тела, такие как пятки, бедра и копчик, являются частыми местами для пролежней. Наибольшему риску подвержены пациенты, прикованные к постели или иным образом лишенные подвижности.«К тому времени, когда вы видите признаки пролежня на поверхности кожи, обычно уже слишком поздно», — сказал доктор Майкл Харрисон, профессор хирургии в UCSF и соавтор исследования. «Эта повязка может стать простой системой раннего предупреждения, которая позволит вмешаться до того, как травма станет необратимой.
Если вы можете обнаружить пролежни на ранней стадии, решение простое. Просто снимите давление».Пролежни связаны со смертельными септическими инфекциями, и недавние исследования показали, что вероятность смерти больного пациента в 2,8 раза выше, если у него есть пролежни.
Растущая распространенность диабета и ожирения увеличила факторы риска пролежней.«Гениальность этого устройства в том, что оно изучает электрические свойства ткани для оценки повреждений. В настоящее время у нас нет другого способа сделать это в клинической практике», — сказал Харрисон. «Это решение большой проблемы, которую многие люди пытались решить за последние 50 лет.
Для клинициста и человека, который боролся с этой клинической проблемой, эта повязка великолепна».Ячейки как конденсаторы и резисторыИсследователи напечатали множество электродов на тонкой гибкой пленке.
Они разряжали очень слабый ток между электродами, чтобы создать пространственную карту подлежащей ткани на основе потока электричества на разных частотах, метод, называемый импедансной спектроскопией.Исследователи отметили, что клеточная мембрана относительно непроницаема при правильном функционировании, таким образом действуя как изолятор для проводящего содержимого клетки и сравнивая ее с конденсатором. Когда клетка начинает умирать, целостность клеточной стенки начинает нарушаться, позволяя электрическим сигналам проходить через нее, как через резистор.«Наше устройство является всеобъемлющей демонстрацией того, что состояние тканей живого организма можно локально картировать с помощью импедансной спектроскопии», — сказала ведущий автор исследования Сара Свишер, доктор философии. кандидат электротехники и компьютерных наук в Калифорнийском университете в Беркли.
Чтобы имитировать давящую рану, исследователи осторожно зажали голую кожу крысы между двумя магнитами. Они оставили магниты на месте на один или три часа, пока крысы возобновили нормальную деятельность.
Возобновление кровотока после удаления магнитов вызвало воспаление и окислительное повреждение, что ускорило гибель клеток. Умная повязка использовалась для сбора данных один раз в день в течение как минимум трех дней, чтобы отслеживать прогрессирование ран.Умная повязка способна обнаруживать изменения электрического сопротивления, соответствующие повышенной проницаемости мембраны, что является признаком умирающей клетки. Неудивительно, что один час давления вызвал легкое обратимое повреждение тканей, а три часа давления привели к более серьезным и необратимым травмам.
Многообещающее будущее«Одна из вещей, которая делает эту работу новаторской, заключается в том, что мы применили комплексный подход к пониманию того, как эту технику можно использовать для наблюдения за развивающимися ранами в сложных тканях», — сказал Свишер. «В прошлом люди использовали импедансную спектроскопию для клеточных культур или относительно простых измерений в тканях. Уникальность этого метода заключается в расширении его возможностей для обнаружения и извлечения полезной информации из ран, развивающихся в теле. Это большой скачок».
Махарбиз сказал, что перспективы этого и других исследований умных повязок обнадеживают.«По мере того, как технологии становятся все более и более миниатюрными, и по мере того, как мы узнаем все больше и больше о реакции организма на болезни и травмы, мы можем создавать очень умные бинты», — сказал он. «Вы можете представить себе будущее, в котором повязка, которую вы или врач надеваете, может сообщить много интересной информации, которая может быть использована для улучшения ухода за пациентами».