Os pesquisadores da Northwestern College desenvolveram o primeiro dispositivo vestível para medir gases emitidos e absorvidos pela pele.
Ao analisar esses gases, o dispositivo oferece uma maneira totalmente nova de avaliar a saúde da pele, incluindo o monitoramento de feridas, a detecção de infecções de pele, rastreando os níveis de hidratação, quantificando a exposição a produtos químicos ambientais prejudiciais e muito mais.
A nova tecnologia compreende uma coleção de sensores que medem com precisão mudanças de temperatura, vapor de água, dióxido de carbono (CO2) e compostos orgânicos voláteis (COV), que cada um fornece uma visão valiosa sobre várias condições da pele e saúde geral. Esses gases fluem para uma pequena câmara dentro do dispositivo que paira acima da pele sem realmente tocá -la. Esse design sem contato é particularmente útil para coletar informações sobre a pele frágil sem perturbar tecidos delicados.
O estudo será publicado na quarta -feira (9 de abril) na revista Nature. O artigo demonstra a eficácia do dispositivo em pequenos animais e humanos.
“Este dispositivo é uma evolução pure dos dispositivos eletrônicos vestíveis de nosso laboratório que coletam e analisam o suor”, disse John A. Rogers, da Northwestern, que liderou o estudo. “In that case, we had been analyzing sweat to be taught in regards to the wearer’s total well being. Whereas helpful, that technique requires pharmacological stimulation of sweat glands or publicity to a sizzling, humid surroundings. We began fascinated about what we might seize from the pores and skin that’s naturally occurring on a regular basis. It turns on the market are all types of issues coming off the floor of the pores and skin — water vapor, carbon dioxide and unstable natural compounds — that may be correlated to Saúde fisiológica subjacente. “
“Essa tecnologia tem o potencial de transformar os cuidados clínicos, principalmente para populações vulneráveis, incluindo bebês recém-nascidos, idosos, pacientes com diabetes e outros com pele comprometida”, disse o Guillermo A. Ameer, do Noroeste, que co-liderou o estudo. “A beleza do nosso dispositivo é que encontramos uma maneira completamente nova de avaliar o standing da pele delicada sem ter que entrar em contato com feridas, úlceras ou abrasões. Este dispositivo é o primeiro passo importante para medir mudanças nos gases e correlacionar essas mudanças com o standing da pele”.
Um pioneiro em bioeletrônica, Rogers é o professor de ciência e engenharia de materiais de Louis Simpson e Kimberly Querrey, engenharia biomédica e cirurgia neurológica na Northwestern – com compromissos no Northwestern McCormick Faculty of Engineering and the Feinberg Faculty of Medication – e o diretor do Syio Question Symio. Ameer é o professor de engenharia biomédica de Daniel Hale Williams em McCormick, professor de cirurgia em Feinberg e diretor fundador do recém -criado Instituto de Engenharia Regenerativa de Engenharia de Querrey Simpson da Northwestern (QSI Renu). Rogers e Ameer co-lideraram o estudo com Yonggang Huang, Jan e Marcia Achenbach, professora de engenharia mecânica e professor de engenharia civil e ambiental.
Empoderando pacientes em casa
Chamada de barreira da pele, a camada mais externa da pele é a primeira linha de defesa do corpo do ambiente externo. Ele mantém a hidratação impedindo a perda excessiva de água e atua como uma barreira contra irritantes, bactérias e radiação ultravioleta. Quando a barreira da pele é comprometida, ela pode levar ao aumento da perda de água (conhecida como perda de água transepidérmica ou TEWL), sensibilidade à pele e risco de infecção e condições inflamatórias como eczema e psoríase.
“A pele é elementary para nos proteger do meio ambiente”, disse a coautora do estudo, Dra. Amy Paller, professora de Dermatologia Walter J. Hamlin e presidente do Departamento de Dermatologia de Feinberg. “Um elemento importante dessa função protetora é a barreira da pele, que é amplamente caracterizada por uma coleção formidável de proteínas e gorduras fortemente tecidas que mantêm água e irritantes, toxinas, micróbios e alérgenos”.
Ao rastrear mudanças na emissão de vapor de água e gases da pele, os profissionais de saúde podem vislumbrar a integridade das barreiras da pele de seus pacientes. Embora existam tecnologias para medir a perda de vapor de água, elas são máquinas grandes e complicadas que residem em grande parte em ambientes hospitalares. O dispositivo vestível compacto, por outro lado, foi projetado para ajudar os médicos a monitorar seus pacientes remotamente e capacitar os indivíduos a assumir o controle de sua própria saúde da pele em casa.
“O padrão -ouro para a medição da integridade da barreira da pele é um grande instrumento com uma sonda que intermitentemente é tocada na pele para coletar informações sobre a perda de água transepidérmica – ou o fluxo de água através da pele”, disse Paller. “Ter um dispositivo que pode medir a perda de água transepidérmica remotamente, continuamente ou como programada pelo investigador – e sem perturbar um paciente durante o sono – é um grande avanço”.
Como o dispositivo funciona
Medindo apenas dois centímetros de comprimento e um centímetros e meio de largura, o dispositivo compreende uma câmara, uma coleção de sensores, uma válvula programável, um circuito eletrônico e uma pequena bateria recarregável. Em vez de tocar a pele diretamente, a câmara paira alguns milímetros acima dela.
“Os sensores vestíveis tradicionais dependem do contato físico com a pele, limitando seu uso em situações sensíveis, como cuidados com feridas ou para indivíduos com pele frágil”, disse Rogers. “Nosso dispositivo supera essa limitação criando uma pequena câmara fechada acima da superfície da pele”.
Uma válvula automática abre e fecha a entrada desta câmara – uma função que controla dinamicamente o acesso entre a câmara fechada e o ar ambiente circundante. Quando a válvula está aberta, os gases fluem para dentro ou para fora da câmara, permitindo que o dispositivo estabeleça uma medição da linha de base. Então, quando a válvula fecha rapidamente, prende os gases dentro da câmara. A partir daí, a série de sensores medem alterações nas concentrações de gás ao longo do tempo.
“Se nosso dispositivo não incorporou uma válvula programável e uma abordagem de medição dinâmica do tempo para quantificar o fluxo de espécies fora e na pele em tempo actual, o sistema poderá ser confundido com as mudanças nas concentrações dessas espécies que podem variar naturalmente no ambiente circundante”, disse Rogers. “Especificamente, se a válvula estivesse aberta o tempo todo, o sensor detectaria esse tipo de mudança – não por causa de qualquer coisa associada à pele. Por outro lado, se a válvula estivesse sempre fechada, então perturbaria os padrões naturais de fluxo de uma maneira que também não pudesse explicar os fatores ambientais. Para os trabalhadores em ambientes potencialmente perigosos, o órgão é útil para saber quanto daqueles que são de pele, o que é um corpo, o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o corpo, que é útil.
Supreme para cuidados de feridas
Usando o Bluetooth, o dispositivo envia esses dados diretamente para um smartphone ou pill para monitoramento em tempo actual. Esses resultados rápidos podem ajudar os profissionais de saúde a tornar as decisões mais informadas – e mais rápidas – para o gerenciamento de feridas e a administração de antibióticos.
Porque o aumento do vapor de água, CO2 E VOCs estão associados ao crescimento bacteriano e à cura atrasada, o monitoramento desses fatores pode ajudar os cuidadores a detectar infecções mais cedo e com mais confiança.
“A prescrição de antibióticos para feridas pode ser um pouco de aposta”, disse Ameer, especialista em abordagens de engenharia regenerativa para melhorar a cicatrização de feridas. “Às vezes é difícil dizer se uma ferida é infectada ou não. Quando é óbvio, pode ser tarde demais, e o paciente pode desenvolver sepse, o que é incrivelmente perigoso. Para evitar isso, os médicos prescrevem um amplo espectro de antibióticos. Isso pode levar a antibióticos, que é um problema que é um problema crescente. Interesse óbvio e importante. “
Embora o monitoramento contínuo seja importante para todos os tipos de feridas, é particularmente essential para pacientes diabéticos. Ameer anteriormente desenvolveu várias estratégias, incluindo géis antioxidantes e bandagens regenerativas, para o tratamento de úlceras diabéticas. Apenas dois anos atrás, Ameer se uniu a Rogers para criar a primeira bandagem eletrônica transitória, que usou a estimulação elétrica para acelerar a cicatrização de feridas. O novo vestível fornece mais uma ferramenta para ajudar esses pacientes vulneráveis a evitar efeitos colaterais arriscados.
“As úlceras diabéticas são a causa número um não traumática de amputações de membros inferiores em todo o mundo”, disse Ameer. “Às vezes, pode parecer que a ferida está fechando, mas a função da barreira da pele não é muito restaurada. Nosso dispositivo pode medir com precisão gases emitidos, que fornecem informações úteis sobre a função da barreira da pele”.
Avaliação da eficácia de repelentes de insetos, loções
A nova tecnologia inovadora não apenas oferece informações sem precedentes sobre a cicatrização e a saúde da pele, mas também pode abrir caminho para os avanços no monitoramento da eficácia de repelentes de insetos, cremes para a pele e medicamentos sistêmicos projetados para melhorar a saúde da pele.
Co2 E VOCs são os próprios gases que atraem mosquitos e outras pragas. Portanto, medir essas emissões da pele pode ajudar os pesquisadores a entender e potencialmente mitigar a atração de mosquitos. O novo dispositivo também pode permitir que os dermatologistas e seus pacientes medissem o quão rápido as loções e os cremes penetram na pele, o que poderia fornecer informações sobre a permeabilidade da pele e a função de barreira. Esses dados também podem ajudar outros pesquisadores a desenvolver sistemas transdérmicos de medicamentos mais eficazes, monitorar os efeitos de medicamentos entregues sistemicamente para doenças de pele e avaliar a segurança de cosméticos e produtos de cuidados pessoais.
Em seguida, a equipe da Northwestern planeja refinar as capacidades do dispositivo, incluindo a adição de um sensor para rastrear mudanças nos níveis de pH e desenvolver sensores de gás com aumento da seletividade química para a detecção precoce de disfunção de órgãos e outras doenças.
“Esta plataforma vestível incomum fornece uma nova maneira de pensar e entender a saúde da pele”, disse Rogers. “Essa tecnologia não se trata apenas de medir gases e características correspondentes da pele. Trata-se de prever a saúde geral, prevenir a infecção e doenças e criar um futuro em que os cuidados personalizados sejam impulsionados por rastreamento de saúde contínuo e não invasivo e contínuo por meio de uma nova coleção de parâmetros que complementam aqueles que podem ser capturados com vedações convencionais”.
