Nositelné zdravotnické prostředky zažívají boom. Tato technologie má ale háklivý problém. Doslova.
Většina náplastí zachycuje teplo a pot. V důsledku toho se na kůži vytváří nepříjemné mikroklima, které způsobuje podráždění a vede ke zkreslení údajů. Hlavním viníkem jsou obvykle hydrogely, základ mnoha senzorů. Jsou bohaté na vodu, díky čemuž jsou pohodlné, ale také vzduchotěsné.
Inženýři z Massachusetts Institute of Technology (MIT) právě tento problém vyřešili. Vytvořili hydrogel, který „dýchá“ – stejně jako vaše plíce.
Proč moderní kožní senzory nedokážou detekovat pot
To je jádro problému. Konvenční hydrogely blokují propustnost vzduchu. Při cvičení se vaše pokožka zahřívá a začíná se potit. Standardní silikonová nebo hydrogelová náplast uzamkne teplo a vlhkost v pórech.
Následky? Podráždění, špatná přilnavost k pokožce a nepřesné údaje senzoru.
Studie z roku 2024 publikovaná v Science Advances byla schopna zajistit monitorování po dobu osmi dnů pomocí plynopropustné náplasti. Byl tenký (asi 10 mikronů) a vyztužený polyuretanovou nanosítí. Fungovalo to, ale zůstalo to vysoce specializované řešení.
Nový tým z MIT se vydal jinou cestou. Jejich technika, publikovaná v časopise Nature, zahrnuje vytváření vzduchových kanálků přímo v hydrogelové hmotě. Zároveň se nesnížil obsah vody: materiál se skládá ze 70 % z ní, ale propouští kyslík.
„Náš materiál překonává toto omezení zachováním vysokého obsahu vody a měkkosti, díky kterým jsou hydrogely pohodlné a biokompatibilní,“ řekl Xuanhe Zhao z MIT.
To zní nemožné. Voda blokuje vzduch. Vzduch blokuje vodu.
Tady je všechno jinak.
Jak inženýři MIT vytvořili „světlu podobný“ hydrogel
Jaké je tajemství? Silikagel aerogel.
Představte si silikagel aerogel jako „pevný vzduch“. Jedná se o nanoporézní materiál, který odpuzuje vodu. Po přidání do standardní hydrogelové formulace se tyto částice shlukují a tvoří trojrozměrnou síť.
Tato síť vytváří mikroskopické kanály naplněné vzduchem.
Voda do těchto kanálů nevstupuje a kyslík jimi volně prochází.
V laboratorních testech materiál dosáhl propustnosti kyslíku 185 bbl. Pro srovnání je to desetkrát lepší než tradiční hydrogely.
Materiál si poradí i s vodní párou. Hydrogel odpařuje vlhkost 10–100krát rychleji než silikonové náplasti. Vaše pokožka může dýchat.
U nositelných zařízení je důležitá odolnost. Materiál vydržel 10 000 natahovacích cyklů při zachování 95% propustnosti vzduchu. Na něco vyrobeného převážně z vody je to impozantní síla.
Charakteristika prodyšného hydrogelu v reálných podmínkách
Laboratorní čísla jsou dobrá, ale skutečný pot je chaos.
Výzkumníci z MIT testovali náplasti během cvičení a porovnávali nový hydrogel s komerčními silikonovými analogy.
Výsledky byly zřejmé.
Po 20 minutách cvičení infračervené kamery ukázaly, že se kůže pod silikonovou náplastí zahřála o 6,5 stupně Celsia. Pod ním se hromadil pot. Nevypadalo to moc lákavě.
Pod novým hydrogelem? Teplota kůže skutečně klesla o jeden stupeň. Teplo odešlo, pot se nehromadil. Kůže vypadala stejně jako na otevřených částech těla.
Na pohodlí záleží. Deset dobrovolníků nosilo náplasti na hrudi po dobu jedné hodiny mírného cvičení. Nebylo žádné svědění, zarudnutí ani podráždění.
Vědci také testovali materiál jako elektrodu elektrokardiogramu (EKG).
Standardní hydrogelové elektrody ztrácejí při hromadění potu jasnost signálu: zvyšuje se úroveň elektrického šumu. Nový prodyšný hydrogel zůstal čistý a zároveň zaznamenával stabilní srdeční aktivitu při jízdě na kole, chůzi, spánku a práci.
Dobrovolníci nosili tyto náplasti deset dní v kuse. Data zůstala použitelná.
Co bude dál s technologií prodyšných senzorů pokožky?
Vyhlídky jsou slibné, ale produkt ještě není připraven pro klinické použití.
Hlavní autor studie, Xuanhe Zhao, má o překážkách jasno. Dlouhodobá biokompatibilita vyžaduje potvrzení. Jsou zapotřebí velké studie na zvířatech. Je třeba vyvinout procesy sterilizace.
Škálování výroby je jiný příběh.
Datum vypršení platnosti neznámé. Regulační schválení bude nějakou dobu trvat.
Pokusy na lidech byly malé: dva lidé testovali fyziologii kůže, tři porovnávali EKG, deset hodnotili pohodlí. Toto jsou důkazy o koncepčních číslech, nikoli o údajích z klinických studií.
Navíc samotný materiál nelepí na kůži. Potřebuje základ. To znamená, že se nejedná o samostatnou opravu a vyžaduje integraci do stávajících návrhů nositelných zařízení.
Každá aplikace má své vlastní požadavky. Obvazy na rány vyžadují jiné vlastnosti než srdeční monitory.
Bude tohle budoucnost lékařských implantátů?
Možná.
Zhao naznačuje větší sny: tkáňové inženýrství a implantovatelná zařízení.
Uměle vytvořené tkáně často odumírají kvůli nedostatku kyslíku. Buňky “hladoví”. Pokud tento hydrogel dokáže dodávat kyslík a zároveň udržovat buňky hydratované, mohlo by to změnit implantační chirurgii.
„Mnoho uměle vytvořených tkání a implantátů vyžaduje účinná nositelná zařízení pro dodávání kyslíku, aby byla zachována životaschopnost buněk,“ poznamenal Zhao.
Implantáty jsou ale vysoce riziková oblast. Testovací standardy jsou zde mnohem přísnější.
Mezitím sledujte aplikaci této technologie v nositelných zařízeních, obvazech na rány a monitorech pokožky.
Technologie je připravena na další krok. Ne na nočním stolku.
To je začátek. Prodyšný začátek.
