Tambalan Kulit Baru Membawa Kita Lebih Dekat dengan Monitor Kesehatan All-In-One yang Dapat Dipakai

Insinyur di University of California San Diego telah mengembangkan patch kulit yang lembut dan elastis yang dapat dikenakan di leher untuk terus melacak tekanan darah dan detak jantung sambil mengukur kadar glukosa serta laktat, alkohol, atau kafein pemakainya. Ini adalah perangkat wearable pertama yang memantau sinyal kardiovaskular dan berbagai tingkat biokimia dalam tubuh manusia secara bersamaan.

Perangkat semacam itu dapat bermanfaat bagi individu yang mengelola tekanan darah tinggi dan diabetes —individu yang juga berisiko tinggi sakit parah akibat COVID-19. Ini juga dapat digunakan untuk mendeteksi timbulnya sepsis, yang ditandai dengan penurunan tekanan darah secara tiba-tiba disertai dengan peningkatan kadar laktat yang cepat.

Satu tambalan kulit lembut yang dapat melakukan semuanya juga akan menawarkan alternatif yang nyaman bagi pasien di unit perawatan intensif, termasuk bayi di NICU, yang membutuhkan pemantauan tekanan darah dan tanda-tanda vital lainnya secara terus-menerus. Prosedur ini saat ini melibatkan memasukkan kateter jauh ke dalam arteri pasien dan menambatkan pasien ke beberapa monitor rumah sakit.

“Kebaruan di sini adalah kami mengambil sensor yang sama sekali berbeda dan menggabungkannya menjadi satu pada satu platform sekecil prangko,” kata Joseph Wang, seorang profesor nanoengineering di UC San Diego. “Kami dapat mengumpulkan begitu banyak informasi dengan perangkat wearable ini dan melakukannya dengan cara non-invasif, tanpa menyebabkan ketidaknyamanan atau gangguan pada aktivitas sehari-hari.”

Patch adalah lembaran tipis polimer elastis yang dapat menyesuaikan dengan kulit. Alat ini dilengkapi dengan sensor tekanan darah dan dua sensor kimia — satu yang mengukur kadar laktat (penanda biologis aktivitas fisik), kafein, dan alkohol dalam keringat, dan satu lagi yang mengukur kadar glukosa dalam cairan interstisial.

Patch ini mampu mengukur tiga parameter sekaligus, satu dari setiap sensor:tekanan darah, glukosa, dan laktat, alkohol, atau kafein.

Sensor tekanan darah berada di dekat bagian tengah patch. Ini terdiri dari satu set transduser ultrasound kecil yang dilas ke patch dengan tinta konduktif. Tegangan yang diterapkan pada transduser menyebabkan mereka mengirim gelombang ultrasound ke dalam tubuh. Saat gelombang ultrasound memantul dari arteri, sensor mendeteksi gema dan menerjemahkan sinyal ke dalam pembacaan tekanan darah.

Sensor kimia adalah dua elektroda yang dicetak pada tambalan dengan tinta konduktif. Elektroda yang mendeteksi laktat, kafein, dan alkohol tercetak di sisi kanan tambalan; ia bekerja dengan melepaskan obat yang disebut pilocarpine ke dalam kulit untuk menginduksi keringat dan mendeteksi zat kimia dalam keringat. Elektroda lain, yang mendeteksi glukosa, dicetak di sisi kiri; bekerja dengan melewatkan arus listrik ringan melalui kulit untuk melepaskan cairan interstisial dan mengukur glukosa dalam cairan itu.

Para peneliti tertarik untuk mengukur biomarker khusus ini karena mereka memengaruhi tekanan darah. “Kami memilih parameter yang akan memberi kami pengukuran tekanan darah yang lebih akurat dan lebih andal,” kata Juliane Sempionatto, Ph.D. siswa di lab Wang.

“Katakanlah Anda sedang memantau tekanan darah Anda, dan Anda melihat lonjakan di siang hari dan berpikir bahwa ada sesuatu yang salah. Pembacaan biomarker dapat memberi tahu Anda apakah lonjakan itu disebabkan oleh asupan alkohol atau kafein. Kombinasi sensor ini dapat memberi Anda informasi semacam itu,” katanya.

Dalam tes, subjek mengenakan tambalan di leher saat melakukan berbagai kombinasi tugas berikut:berolahraga di atas sepeda stasioner; makan makanan tinggi gula; minum minuman beralkohol; dan minum minuman berkafein. Pengukuran dari patch sangat cocok dengan yang dikumpulkan oleh perangkat pemantauan komersial seperti manset tekanan darah, pengukur laktat darah, glukometer, dan breathalyzer. Pengukuran kadar kafein pemakainya diverifikasi di laboratorium dengan mengukur sampel keringat yang dibubuhi kafein.

Salah satu tantangan terbesar dalam membuat patch adalah menghilangkan interferensi antara sinyal sensor. Untuk melakukan ini, para peneliti harus mencari tahu jarak optimal antara sensor tekanan darah dan sensor kimia. Mereka menemukan bahwa jarak satu sentimeter berhasil sekaligus menjaga perangkat sekecil mungkin.

Para peneliti juga harus mencari cara untuk secara fisik melindungi sensor kimia dari sensor tekanan darah. Yang terakhir biasanya dilengkapi dengan gel ultrasound cair untuk menghasilkan pembacaan yang jelas. Tapi sensor kimia juga dilengkapi dengan hidrogelnya sendiri, dan masalahnya adalah jika ada cairan gel dari sensor tekanan darah mengalir keluar dan bersentuhan dengan gel lain, itu akan menyebabkan gangguan di antara sensor. Jadi sebagai gantinya, para peneliti menggunakan gel ultrasound padat, yang menurut mereka berfungsi sebaik versi cair tetapi tanpa kebocoran

Tim sedang mengerjakan versi baru dari tambalan, yang memiliki lebih banyak sensor. “Ada peluang untuk memantau biomarker lain yang terkait dengan berbagai penyakit. Kami ingin menambahkan lebih banyak nilai klinis ke perangkat ini,” kata Sempionatto.

Pekerjaan yang sedang berlangsung juga termasuk mengecilkan elektronik untuk sensor tekanan darah. Saat ini, sensor perlu dihubungkan ke sumber listrik dan mesin benchtop untuk menampilkan pembacaannya. Tujuan utamanya adalah untuk menempatkan semua ini di patch dan membuat semuanya nirkabel.