Los ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado el primer dispositivo portátil flexible capaz de monitorear señales bioquímicas y eléctricas en el cuerpo humano. El parche Chem-Phys registra las señales cardíacas del electrocardiograma EKG y rastrea los niveles de lactato, un bioquímicoeso es un marcador de esfuerzo físico, en tiempo real. El dispositivo se puede usar en el pecho y se comunica de forma inalámbrica con un teléfono inteligente, reloj inteligente o computadora portátil. Podría tener una amplia gama de aplicaciones, desde atletas que monitorean sus entrenamientos hasta médicos que monitorean pacientescon enfermedad cardíaca
Nanoingenieros e ingenieros eléctricos en el Centro de Sensores Usables de UC San Diego trabajaron juntos para construir el dispositivo, que incluye un conjunto flexible de sensores y una pequeña placa electrónica. El dispositivo también puede transmitir los datos de señales bioquímicas y eléctricas a través de Bluetooth.
El profesor de nanoingeniería Joseph Wang y el profesor de ingeniería eléctrica Patrick Mercier de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de California San Diego Jacobs lideraron el proyecto, con el equipo de Wang trabajando en los sensores y la química del parche, mientras que el equipo de Mercier trabajó en la electrónica y la transmisión de datos. Describen laParche de Chem-Phys en la edición del 23 de mayo de Comunicaciones de la naturaleza .
"Uno de los objetivos principales de nuestra investigación es construir un dispositivo portátil tipo tricorder que pueda medir simultáneamente todo un conjunto de señales químicas, físicas y electrofisiológicas de forma continua durante todo el día", dijo Mercier. "Esta investigación representa un primer importantepaso para mostrar esto puede ser posible "
La mayoría de los wearables comerciales solo miden una señal, como los pasos o la frecuencia cardíaca, dijo Mercier. Casi ninguno de ellos mide señales químicas, como el lactato.
Esa es la brecha que el sensor diseñado por los investigadores de la Escuela de Ingeniería Jacobs en la Universidad de California en San Diego pretende cerrar. La combinación de información sobre la frecuencia cardíaca y el lactato, la primera en el campo de los sensores portátiles, podría ser especialmente útil paraatletas que desean mejorar su rendimiento. Tanto Mercier como Wang han respondido las preguntas de los atletas olímpicos sobre las tecnologías que produce el Centro de Sensores Portátiles.
"La capacidad de detectar tanto el ECG como el lactato en un pequeño sensor portátil podría proporcionar beneficios en una variedad de áreas", explicó el Dr. Kevin Patrick, médico y director del Centro de Sistemas de Salud Inalámbrica y de Población en UC San Diego,quien no participó en la investigación. "Ciertamente habría interés en la comunidad de medicina deportiva sobre cómo este tipo de detección podría ayudar a optimizar los regímenes de entrenamiento para atletas de élite", agregó Patrick, quien también es miembro del Centro de Sensores Portátiles."La capacidad de evaluar simultáneamente el ECG y el lactato también podría abrir algunas posibilidades interesantes para prevenir y / o controlar a las personas con enfermedades cardiovasculares".
El mayor desafío de los investigadores fue asegurarse de que las señales de los dos sensores no interfirieran entre sí. Esto requirió una ingeniería cuidadosa y un poco de experimentación antes de encontrar la configuración correcta para los sensores.
Haciendo el parche
Los investigadores utilizaron la serigrafía para fabricar el parche en una lámina delgada y flexible de poliéster que se puede aplicar directamente a la piel. Se imprimió un electrodo para detectar lactato en el centro del parche, con dos electrodos de EKG que lo delimitaban a la izquierda ya la derecha. Los ingenieros realizaron varias iteraciones del parche para encontrar la mejor distancia entre los electrodos para evitar interferencias mientras recolectaban la señal de mejor calidad. Descubrieron que una distancia de cuatro centímetros aproximadamente 1.5 pulgadas entre los electrodos de EKG era óptima.
Los investigadores también tuvieron que asegurarse de que los sensores de EKG estuvieran aislados del sensor de lactato. Este último funciona aplicando un pequeño voltaje y midiendo la corriente eléctrica a través de sus electrodos. Esta corriente puede pasar a través del sudor, que es ligeramente conductor, y puede interrumpir potencialmenteMediciones de EKG. Por lo tanto, los investigadores agregaron una capa impresa de goma de silicona suave que repele el agua al parche y lo configuraron para mantener el sudor alejado de los electrodos de EKG, pero no del sensor de lactato.
Los sensores se conectaron luego a una pequeña placa de circuito impreso personalizada equipada con un microcontrolador y un chip Bluetooth de baja energía, que transmitía de forma inalámbrica los datos recopilados por el parche a un teléfono inteligente o una computadora.
Prueba
El parche se probó en tres sujetos masculinos, que usaban el dispositivo en el pecho, cerca de la base del esternón, mientras realizaban una actividad intensa de 15 a 30 minutos en una bicicleta estacionaria. Dos de los sujetos también llevaban un corazón de pulsera comercialmonitor de frecuencia. Los datos recopilados por los electrodos de EKG en el parche coincidieron estrechamente con los datos recopilados por la pulsera comercial. Los datos recopilados por el biosensor de lactato siguen de cerca los datos recopilados durante los entrenamientos de intensidad creciente en otros estudios.
Próximos pasos
Los siguientes pasos incluyen mejorar la forma en que se conectan el parche y la placa y agregar sensores para otros marcadores químicos, como magnesio y potasio, así como otros signos vitales. Los médicos que trabajan con Wang y Mercier también están entusiasmados con la posibilidad de analizarlos datos de las dos señales y ver cómo se correlacionan.
Un sistema de biodetección híbrido químico-electrofisiológico portátil para monitoreo de salud y estado físico en tiempo real
Autores: Somayeh Imani ,, Amay J. Bandodkar ,, AMVinu Mohan, Rajan Kumar, Shengfei Yu, Joseph Wang y Patrick P. Mercier, Departamentos de Nanoingeniería e Ingeniería Eléctrica, Escuela de Ingeniería Jacobs, UC San Diego
Financiación del Instituto Nacional de Imagen Biomédica y Bioingeniería en los Institutos Nacionales de Salud R21EB019698, Samsung y la Fundación Arnold y Mabel Beckman.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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