Βελτιωμένος Ιατρικός Αισθητήρας: Για να μπορέσουν τα φορητά ηλεκτρονικά να ανταποκριθούν στις υποσχέσεις τους για την παρακολούθηση της υγείας, πρέπει να κάνουν τουλάχιστον δύο πράγματα: να μετατραπούν από άκαμπτα σε μαλακά για να προσαρμόζονται στις μεταβαλλόμενες δομικές ανάγκες και να θεραπεύουν τη φυσιολογική φθορά τους. Με τη βοήθεια υγρού μετάλλου και εξειδικευμένων πολυμερών, οι ερευνητές ανέπτυξαν αισθητήρες που μπορούν να κάνουν και τα δύο. Ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Hyanyu “Larry” Cheng, ο οποίος είναι ο James L. Henderson, Jr. Memorial Associate Αναπληρωτής Καθηγητής Μηχανικής Επιστήμης και Μηχανικής στο Penn State, δημοσίευσαν τα αποτελέσματά τους στο Προηγμένα Υλικά. Σύμφωνα με τον Cheng, η κατασκευή αισθητήρων σε άκαμπτη κατάσταση είναι καλύτερη από ό,τι σε μαλακή, επειδή τα διάφορα στρώματα μπορούν να στοιβάζονται το ένα πάνω στο άλλο χωρίς να παραμορφώνονται.
Οι αισθητήρες επωφελούνται επίσης από το να βρίσκονται σε άκαμπτη κατάσταση όταν ένα άτομο πρέπει να διαβάσει τις ζωτικές πληροφορίες που παρέχονται, οι οποίες εμφανίζονται καλύτερα σε μια άκαμπτη οθόνη. Ωστόσο, η μαλακή κατάσταση κατά τη χρήση από τον ασθενή – ο οποίος μπορεί να παρακολουθεί τη θερμοκρασία, τον καρδιακό ρυθμό ή άλλα ζωτικά σημεία για την εξέλιξη της νόσου ή για τη γενική επίγνωση της υγείας του – επιτρέπει στον αισθητήρα να προσαρμόζεται στην τοπογραφία του δέρματος και να συλλέγει πιο ακριβείς ζωτικές πληροφορίες. “Στο παρελθόν πρέπει να χρησιμοποιούμε πραγματικά δύο τύπους συσκευών, επειδή δεν είχαμε τρόπο να παντρέψουμε αυτά τα δύο μαζί”, δήλωσε ο Cheng. “Αλλά τώρα, αποδεικνύουμε ότι η εναλλαγή ενός αισθητήρα από άκαμπτο σε μαλακό μπορεί να διαμορφωθεί με έναν απλό διακόπτη θερμοκρασίας. Όταν ο αισθητήρας έχει θερμοκρασία δέρματος, είναι μαλακός, αλλά όταν είναι πολύ κρύος, θα γίνει και πάλι άκαμπτος”. Αυτό βοηθά, επίσης, στην προσκόλληση στο δέρμα και στην αφαίρεση του αισθητήρα, σύμφωνα με τους ερευνητές. “Όταν ο αισθητήρας είναι μαλακός, η ιδιότητα πρόσφυσης είναι ισχυρότερη”, δήλωσε ο πρώτος συγγραφέας και συν-συγγραφέας Li Yang, πρώην επισκέπτης υπότροφος στο Τμήμα Μηχανικής Επιστήμης και Μηχανικής του Penn State και τώρα της Σχολής Επιστημών Υγείας και Βιοϊατρικής Μηχανικής του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου Hebei, Tianjin, Κίνα. “Για παράδειγμα, μπορείτε να εφαρμόσετε μια παγοκύστη στο δέρμα, ώστε το υλικό του αισθητήρα να γίνει σταδιακά άκαμπτο και να αποκολληθεί φυσικά από το δέρμα.
Είναι μια αλλαγή στην πρόσφυση από ισχυρή σε αδύναμη και είναι ευκολότερο να το βγάλεις χωρίς να καταστρέψεις το δέρμα. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τα βρέφη και τους ηλικιωμένους, που μπορεί να έχουν πολύ ευαίσθητο δέρμα”. Ενώ η αξιοποίηση των αλλαγών της θερμοκρασίας, ή η θερμική εναλλαγή, για την αλλαγή της κατάστασης του υλικού δεν είναι εντελώς νέα, καθώς έχει γίνει σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Το να γίνει αυτό σε θερμοκρασία σχετική με το ανθρώπινο σώμα είναι κάτι καινούργιο, σύμφωνα με τον Cheng. Το κλειδί για την επιτυχή επίδειξη αυτής της προσέγγισης με ιατρικούς ηλεκτρονικούς αισθητήρες ήταν ένα υγρό μέταλλο, το οποίο παρέχει επιδόσεις κοντά σε ένα στερεό μέταλλο, αλλά επιτρέπει ευελιξία στο σχήμα του σχεδιασμού. Το υγρό μέταλλο συνέβαλε, επίσης, στην επιτυχή επίδειξη ενός αισθητήρα με ιδιότητες αυτοθεραπείας. Όταν ο αισθητήρας εμφανίζει ρωγμές ή άλλες μηχανικές βλάβες από φθορά, η αυτοθεραπεία επιτρέπει την αδιάλειπτη συνέχιση της παρακολούθησης ζωτικής σημασίας. Μπορεί επίσης να παρατείνει τη διάρκεια ζωής της συσκευής. Εκτός από το υγρό μέταλλο, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν τύπο πολυμερούς που μπορεί να δημιουργήσει δεσμό υδρογόνου για να βοηθήσει στην επούλωση της συσκευής. Ενώ προηγούμενες εργασίες έχουν χρησιμοποιήσει τον δεσμό υδρογόνου για την αυτοθεραπεία, το έκαναν με πιο περιορισμένο τρόπο, αυξάνοντας τον χρόνο που απαιτείται για την επούλωση της συσκευής, σύμφωνα με τον Cheng. “Παρόλο που οι άνθρωποι έχουν εργαστεί στο παρελθόν σε διάφορα αυτοθεραπευόμενα υλικά, τα αποτελέσματα μπορούν να επιτευχθούν μόνο μετά από 24 ώρες ή περισσότερο, ενώ εδώ μπορούμε να το κάνουμε αυτό με πολύ πιο γρήγορο τρόπο, πιθανώς τόσο γρήγορα όσο πέντε λεπτά περίπου”, δήλωσε ο Cheng. “Δεν θέλετε να περιμένετε 30 ώρες χωρίς να συλλέγετε δεδομένα από το ανθρώπινο σώμα, ειδικά σε περιπτώσεις όπου η ασθένεια που παρακολουθείται μπορεί να είναι απειλητική για τη ζωή. Με τη δική μας προσέγγιση, θέλουμε -και μπορούμε- να επαναφέρουμε τη λειτουργία σχεδόν σε κανένα δευτερόλεπτο”. Οι ερευνητές σχεδιάζουν να ενσωματώσουν στη συνέχεια τις ιδιότητες θερμικής μεταγωγής και αυτοθεραπείας σε αισθητήρες σε κλίμακα και για χρήση σε διάφορες ρυθμίσεις, από γηροκομεία μέχρι παρακολούθηση της εξέλιξης της νόσου.