Вчені створили «дихаючий» гідрогель, який може зробити носимі медичні пристрої значно комфортнішими
Сучасні фітнес-браслети, медичні пластирі та датчики для постійного контролю здоров’я стають дедалі популярнішими. Вони дозволяють цілодобово відстежувати пульс, серцевий ритм, температуру тіла та інші важливі показники. Проте у більшості таких пристроїв є суттєвий недолік — матеріали, які контактують зі шкірою, часто не пропускають повітря, накопичують тепло й вологу, через що можуть викликати подразнення та навіть погіршувати точність вимірювань.
Команда інженерів із Массачусетського технологічного інституту (MIT) запропонувала вирішення цієї проблеми. Вчені розробили новий «дихаючий» гідрогель, структура якого нагадує людські легені. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature.
Натхненням стали легені людини
Гідрогелі давно використовують у медицині завдяки їхній м’якості та високому вмісту води. Вони добре прилягають до шкіри й не викликають дискомфорту, однак мають серйозний мінус — практично не пропускають кисень і водяну пару. Дослідники вирішили змінити це, використавши принцип, за яким працюють людські легені.
До стандартного складу гідрогелю вони додали мікроскопічні частинки аерогелю на основі діоксиду кремнію. Ці надлегкі частинки фактично утримують усередині себе повітря та створюють складну тривимірну систему мікроканалів. Саме через ці крихітні повітряні проходи кисень і водяна пара можуть вільно проходити крізь матеріал, тоді як сам гідрогель залишається приблизно на 70% заповненим водою.
У десять разів краща вентиляція
Лабораторні випробування показали, що новий матеріал пропускає кисень приблизно у десять разів ефективніше, ніж традиційні гідрогелі.
Крім цього, швидкість випаровування вологи через новий матеріал виявилася у 10–100 разів вищою, ніж у силіконових або поліуретанових пластирів, які сьогодні широко використовуються в медицині. Це означає, що під таким покриттям шкіра значно краще «дихає», не перегрівається і не накопичує піт.
Випробування під час тренувань
Щоб оцінити ефективність розробки в реальних умовах, науковці провели серію тестів за участю добровольців. Після 20-хвилинного фізичного навантаження вони виміряли температуру шкіри під різними типами пластирів за допомогою інфрачервоної камери. Результати виявилися дуже показовими.
Під звичайним силіконовим пластирем температура шкіри піднялася приблизно на 6,5 °C. Під новим гідрогелем, навпаки, вона навіть трохи знизилася — приблизно на один градус.
Крім того, під силіконовим покриттям накопичилася велика кількість поту, тоді як під новим матеріалом шкіра залишалася майже такою ж сухою, як і на відкритих ділянках тіла. Жоден із десяти добровольців, які носили нові пластирі протягом години під час фізичних вправ, не повідомив про свербіж, подразнення чи будь-який інший дискомфорт.
Кращі датчики для контролю серця
Розробники також адаптували свій матеріал для створення електродів, що використовуються під час електрокардіографії. Під час велотренувань традиційні електроди починали працювати менш стабільно через накопичення поту. Натомість електроди на основі нового гідрогелю продовжували передавати чіткий сигнал навіть після тривалого фізичного навантаження.
Ще більш вражаючим став експеримент із тривалим використанням. Нові електроди безперервно працювали протягом десяти днів, успішно реєструючи електрокардіограму під час сну, роботи, ходьби та спортивних занять.
Де може використовуватися новий матеріал
За словами керівника дослідження, професора Сюаньхе Чжао, першими сферами застосування можуть стати носимі медичні датчики, пластирі для моніторингу здоров’я та сучасні перев’язувальні матеріали.
Новий гідрогель дозволяє поєднати одразу кілька важливих властивостей: високу м’якість, сумісність із людською шкірою та ефективний повітрообмін. У перспективі технологію також розглядають для тканинної інженерії та створення імплантів, де забезпечення клітин киснем є одним із найскладніших завдань.
Попереду ще багато випробувань
Попри обнадійливі результати, до масового використання нової технології ще далеко. Дослідникам необхідно перевірити її безпечність під час довготривалого використання, протестувати матеріал на більших групах людей і тварин, оцінити можливість стерилізації, серійного виробництва та тривалого зберігання.
Крім того, нинішній варіант гідрогелю не має власних клейких властивостей, тому для його використання поки що потрібні додаткові кріплення або спеціальна основа. Втім, автори роботи впевнені, що саме носимі медичні пристрої можуть стати першою сферою, де новий «дихаючий» матеріал знайде практичне застосування та зробить тривалий моніторинг здоров’я значно комфортнішим для пацієнтів.
