Teknologi kesehatan yang dapat dikenakan sedang booming. Tapi ada masalah yang sulit. Secara harfiah.
Sebagian besar bercak kulit memerangkap panas. Mereka juga memerangkap keringat. Hal ini menciptakan iklim mikro yang buruk pada kulit Anda, menyebabkan ruam dan data yang tidak akurat. Hidrogel—bahan dasar yang lengket dari banyak sensor—biasanya menjadi penyebabnya. Mereka kaya akan air. Itu membuat mereka nyaman. Hal ini juga membuat mereka kedap air.
Insinyur di MIT baru saja memperbaikinya. Mereka menciptakan hidrogel yang bernafas. Seperti paru-parumu.
Mengapa sensor kulit saat ini gagal karena keringat
Inilah masalahnya. Hidrogel konvensional menghalangi udara. Saat Anda berolahraga, kulit Anda memanas. Keringat menumpuk. Tambalan silikon atau hidrogel standar menyegel panas dan kelembapan pada pori-pori Anda.
Hasilnya? Gangguan. Adhesi yang buruk. Pembacaan sensor buruk.
Sebuah studi tahun 2024 di Science Advances mengelola pemantauan selama delapan hari dengan patch yang dapat menyerap gas. Itu tipis—sekitar 10 mikrometer—dan menggunakan penguat nanomesh poliuretan. Itu berhasil. Tapi itu adalah solusi khusus.
Tim MIT yang baru mengambil jalan yang berbeda. Diterbitkan di Nature, pendekatan mereka membangun jalur udara langsung ke dalam sebagian besar hidrogel. Mereka tidak mengorbankan kandungan airnya. Bahannya masih 70 persen air. Namun, itu memungkinkan oksigen masuk.
“Bahan kami mengatasi keterbatasan ini dengan tetap mempertahankan kandungan air yang tinggi dan kelembutan yang membuat hidrogold nyaman dan biokompatibel.” —Xuanhe Zhao, MIT
Kedengarannya mustahil. Air menghalangi udara. Udara menghalangi air.
Tidak di sini.
Bagaimana MIT merekayasa hidrogel ‘mirip paru-paru’
Bahan rahasianya? silika aerogel.
Bayangkan silika aerogel sebagai udara padat. Ini adalah bahan berpori nano. Ini menolak air. Ketika dicampur ke dalam resep hidrogel standar, partikel-partikel ini menggumpal. Mereka membentuk jaringan tiga dimensi.
Jaringan ini menciptakan saluran mikroskopis berisi udara.
Air tetap keluar dari saluran. Oksigen mengalir melalui mereka.
Dalam uji laboratorium, bahan tersebut mencapai permeabilitas oksigen sebesar 185 barrer. Untuk konteksnya, ini sepuluh kali lebih baik daripada hidrogel konvensional.
Ini juga menangani uap air. Hidrogel mengeluarkan kelembapan 10 hingga 100 lebih cepat dibandingkan tambalan silikon. Kulit Anda bisa bernapas.
Daya tahan penting untuk perangkat yang dapat dikenakan. Materi tersebut bertahan 10.000 siklus regangan. Itu mempertahankan 95 persen aliran udaranya. Itu sulit untuk sesuatu yang sebagian besar terdiri dari air.
Performa hidrogel yang dapat bernapas dalam pengujian di dunia nyata
Nomor lab bagus. Keringat sungguhan itu berantakan.
Peneliti MIT menguji patch tersebut saat berolahraga. Mereka membandingkan hidrogel baru dengan patch silikon komersial.
Hasilnya sangat mencolok.
Setelah berolahraga selama 20 menit, kamera inframerah menunjukkan kulit di bawah penutup silikon telah memanas hingga 6,5 derajat Celcius. Keringat menggenang di bawahnya. Kelihatannya menjijikkan.
Di bawah hidrogel baru? Suhu kulit justru turun satu derajat. Panas keluar. Keringat tidak menumpuk. Kulitnya tampak mirip dengan kulit yang tidak tertutup.
Kenyamanan itu penting. Sepuluh sukarelawan mengenakan penutup dada di dada mereka selama satu jam melakukan olahraga ringan. Tidak gatal. Tidak ada kemerahan. Tidak ada iritasi.
Mereka juga menguji bahan tersebut sebagai elektroda untuk elektrokardiogram (EKG).
Elektroda hidrogel standar kehilangan kejernihan sinyal saat keringat menumpuk. Kebisingan listrik meningkat. Hidrogel baru yang dapat menyerap udara tetap jernih. Ini mencatat aktivitas jantung yang stabil selama bersepeda, berjalan, tidur, dan bekerja.
Para relawan memakai tambalan ini selama sepuluh hari berturut-turut. Datanya tetap dapat digunakan.
Apa yang akan terjadi selanjutnya untuk teknologi kulit bernapas
Ini menjanjikan. Namun produk ini belum siap digunakan di klinik.
Xuanhe Zhao, penulis senior, memahami dengan jelas mengenai rintangan yang ada. Biokompatibilitas dalam jangka waktu lama memerlukan verifikasi. Diperlukan penelitian pada hewan dalam jumlah besar. Proses sterilisasi harus dikembangkan.
Manufaktur dalam skala besar? Itu adalah binatang buas lainnya.
Umur simpan tidak diketahui. Persetujuan peraturan membutuhkan waktu.
Tes pada manusia kecil. Dua orang untuk fisiologi kulit. Tiga untuk perbandingan EKG. Sepuluh untuk kenyamanan. Ini adalah angka pembuktian konsep, bukan data uji klinis.
Selain itu, bahannya tidak menempel pada kulit dengan sendirinya. Ini membutuhkan dukungan. Artinya ini bukan patch yang berdiri sendiri. Hal ini memerlukan integrasi dengan desain wearable yang ada.
Setiap aplikasi mempunyai kebutuhan yang berbeda-beda. Pembalut luka memerlukan sifat yang berbeda dari monitor jantung.
Apakah ini masa depan implan medis?
Mungkin.
Zhao mengisyaratkan mimpi yang lebih besar. Rekayasa jaringan. Perangkat yang dapat ditanamkan.
Jaringan yang direkayasa sering kali mati karena tidak mendapatkan cukup oksigen. Sel kelaparan. Jika hidrogel ini dapat menyalurkan oksigen sekaligus menjaga sel tetap terhidrasi, hal ini dapat mengubah operasi implan.
“Banyak jaringan dan implan yang direkayasa memerlukan oksigen yang efisien untuk menjaga kelangsungan hidup sel,” kata Zhao.
Namun implan memiliki risiko yang tinggi. Standar pengujiannya jauh lebih tinggi.
Untuk saat ini, carilah di perangkat yang dapat dikenakan. Pembalut luka. Monitor kulit.
Teknologi siap untuk langkah selanjutnya. Hanya saja, bukan meja samping tempat tidur Anda.
Ini adalah sebuah permulaan. Yang bisa bernapas.
