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Biosensori Abbastanza comodi da indossare 24-7
Molti sensori medici, come il tipo utilizzato per gli elettrocardiogrammi di monitoraggio del cuore (ECG) o gli elettroencefalogrammi di monitoraggio del cervello (EEG), richiedono il contatto diretto con la pelle e uno strato di gel appiccicoso per aiutare a condurre i segnali elettrici. Entrambe le tecnologie possono essere straordinariamente precise, ma non si trasferiscono facilmente dall'ospedale a casa. Ora i ricercatori dell'Università della California, San Diego, ritengono di aver risolto la situazione appiccicosa con un sensore in grado di leggere l'ECG e altri dati attraverso i vestiti, senza mai toccare la pelle.
Sensore cerebrale: Un nuovo sensore senza contatto (in basso) può essere incorporato in una fascia e rilevare l'attività elettrica attraverso i capelli e il materiale, senza toccare il cuoio capelluto.
Gli scienziati hanno avuto difficoltà a sviluppare qualcosa in grado di rilevare in modo affidabile i cambiamenti di polarità della pelle senza contatto diretto. Gli elettrodi ECG rilevano il tempo impiegato dalle onde di polarità che cambiano (causate dalle contrazioni del muscolo cardiaco) per viaggiare verso diversi sensori, che rivelano l'attività elettrica di diverse parti del cuore. Attualmente, questi sensori richiedono un gel o un adesivo che provoca allergie. I sensori non appiccicosi o asciutti sono scomodi e particolarmente sensibili al movimento, quindi non possono essere utilizzati al di fuori della clinica o per lunghi periodi di tempo.
Invece di utilizzare elettrodi, i ricercatori dell'UCSD hanno costruito un sensore capacitivo, che conduce segnali molto più deboli ma può farlo su piccole distanze. Sebbene il concetto risalga a decenni fa, i precedenti tentativi di costruire tali sensori non sono stati pratici per la produzione di massa: tendevano a essere troppo costosi, troppo sensibili al rumore esterno o entrambi. Il sensore sviluppato da bioingegnere Gert Cauwenberghs e il suo studente laureato, Mike Chi, usa componenti standard e circuiti intelligenti per aggirare questi problemi. Il sensore risultante può rilevare deboli variazioni di capacità e amplificarle, annullando il rumore elettrico ambientale che esiste intorno a noi. Quello che c'è oggi richiede diversi componenti discreti, dice Chi. Il nostro processo lo rende affidabile ed economico, quindi abbiamo un circuito che può essere prodotto in serie.
Il sensore di Chi è appena più grande di un quarto e quando più sensori sono incorporati nel materiale e collegati insieme, creano un monitor portatile che i pazienti possono indossare sopra i vestiti durante la loro routine quotidiana. Ciò potrebbe significare un aumento del tempo di monitoraggio e una migliore compliance da parte dei pazienti.
Attualmente, quando i cardiologi vogliono sapere come appare l'attività cardiaca di un paziente per un lungo periodo di tempo, devono mandarlo a casa con un monitor Holter, un dispositivo ECG portatile che utilizza gli stessi elettrodi cablati e appiccicosi utilizzati in ospedale. Ma questo monitor può essere utilizzato solo per un massimo di 48 ore e non sempre si verificano ritmi cardiaci anormali durante una finestra di tempo così breve. Molti di questi eventi sono transitori e con la tecnologia di oggi in realtà ti perdi gli eventi perché non puoi catturarli in modo affidabile, dice Chi. Se un paziente potesse indossare un giubbotto sopra i suoi vestiti, tale monitoraggio potrebbe continuare per tutto il tempo richiesto dal medico.
Abbigliamento intelligente: Se incorporati in un giubbotto, i nuovi sensori senza contatto possono rilevare l'attività cardiaca attraverso una maglietta e possono essere indossati per una settimana o più.
Incorporando i sensori in una fascia è possibile monitorare anche alcune attività elettriche nel cervello. Per una visita medica di una volta con ECG ed EEG, probabilmente non importa se [usano sensori appiccicosi] o meno. Ma per un uso a lungo termine, questo fa decisamente la differenza, dice Maysam Ghovanloo , un bioingegnere presso il Georgia Institute of Technology.
Il gruppo UCSD sta collaborando con un gruppo della Oregon State University per creare una versione completamente wireless del suo sensore, con un trasmettitore Bluetooth in grado di trasmettere informazioni a un ricevitore. Penso che quello che stanno facendo sia un contributo davvero importante, afferma Eric Topol, direttore dello Scripps Translational Science Institute di San Diego e specialista in salute wireless. Penso che sia molto praticabile e attraente, ed è una gradita aggiunta al kit di strumenti per sensori wireless.
A lungo termine, Chi e Cauwenberghs sperano che i sensori possano essere utili anche per far progredire le applicazioni di interfaccia cervello-computer. Volevamo costruire un sensore molto sensibile in grado di acquisire segnali in modo affidabile attraverso i capelli senza gel disordinati, abrasioni o preparazioni. Qualcosa di facile da usare e molto veloce, dice Chi. Tali sensori potrebbero essere utilizzati per aiutare i pazienti con lesioni spinali a comunicare o addirittura essere combinati con i sistemi di gioco.
Ma mentre i sensori EEG possono rilevare determinate attività cerebrali, i sensori devono essere resi più sensibili, poiché l'attività neurale nel cervello è notevolmente debole. Gli elettrodi senza contatto saranno un vantaggio, non importa dove li metti sul corpo, dice Rahul Sarpeshkar , un ingegnere bioelettronico al MIT. Ma tutti questi sistemi, quando applicati in medicina, hanno a che fare con il movimento e la forza di un segnale, il che rende l'EEG tecnicamente più impegnativo.
Le applicazioni cardiache potrebbero essere più a portata di mano: Chi e Cauwenbergh hanno dati che mostrano che i loro sensori possono raccogliere segnali che sono quasi precisi quanto quelli raccolti utilizzando elettrodi a base di gel. Chi sta creando una società di avvio, Cognionics, per sviluppare ulteriormente i sensori e ha già avviato colloqui con aziende di dispositivi medici.