Patch Kulit Pintar UC San Diego Menawarkan Pemantauan Tekanan Darah, Detak Jantung, dan Biokimia Real-Time
Insinyur di University of California San Diego telah mengembangkan patch kulit lunak dan lentur yang dapat dikenakan di leher untuk terus-melacak tekanan darah dan detak jantung sambil mengukur kadar glukosa pemakai serta laktat, alkohol, atau kafein. Ini adalah perangkat wearable pertama yang memantau sinyal kardiovaskular dan beberapa tingkat biokimia dalam tubuh manusia pada saat yang sama.
Perangkat seperti ini dapat memberi manfaat pada individu yang mengelola tekanan darah tinggi dan diabetes — individu yang juga berisiko tinggi menjadi sangat sakit dengan COVID-19. Ia juga dapat digunakan untuk mendeteksi awal sepsis, yang ditandai dengan penurunan mendadak tekanan darah disertai dengan kenaikan cepat tingkat laktat.
Satu patch kulit lunak yang dapat melakukan semuanya juga akan menawarkan alternatif yang nyaman untuk pasien di unit perawatan intensif, termasuk bayi di NICU, yang membutuhkan pemantauan kontinu tekanan darah dan tanda vital lainnya. Prosedur saat ini melibatkan pemasangan kateter dalam arteri pasien dan membatasi pasien ke beberapa monitor rumah sakit.
"Keunikan di sini adalah kita mengambil sensor yang sangat berbeda dan menggabungkannya bersama di satu platform sebesar cap," kata Joseph Wang, profesor nanoinsinyur di UC San Diego. "Kita dapat mengumpulkan begitu banyak informasi dengan satu wearable ini dan melakukannya secara non-invasif, tanpa menyebabkan ketidaknyamanan atau gangguan aktivitas harian."
Patch adalah lembar tipis polimer lentur yang dapat menempel pada kulit. Dilengkapi dengan sensor tekanan darah dan dua sensor kimia — satu yang mengukur kadar laktat (biomarker otorisasi fisik), kafein, dan alkohol dalam keringat dan satu lagi yang mengukur kadar glukosa dalam cairan interstisial.
Patch mampu mengukur tiga parameter sekaligus, satu dari setiap sensor: tekanan darah, glukosa, dan baik laktat, alkohol, atau kafein.
Sensor tekanan darah berada di tengah patch. Ini terdiri dari seperangkat transmuder ultrasound kecil yang dipasang pada patch oleh tinta konduktif. Tegangan yang diterapkan pada transmuder menyebabkan mereka mengirim gelombang ultrasound ke dalam tubuh. Saat gelombang ultrasound memantul dari arteri, sensor mendeteksi ekho dan menerjemahkan sinyal menjadi bacaan tekanan darah.
Sensor kimia adalah dua elektroda yang dicetak layar pada patch dengan tinta konduktif. Elektroda yang merasakan laktat, kafein, dan alkohol dicetak di sisi kanan patch; bekerja dengan merilis obat yang disebut pilocarpine ke dalam kulit untuk menginduksi keringat dan mendeteksi zat kimiawi dalam keringat. Elektroda lainnya, yang merasakan glukosa, dicetak di sisi kiri; bekerja dengan melewatkan arus listrik ringan melalui kulit untuk merilis cairan interstisial dan mengukur glukosa dalam cairan tersebut.
Peneliti tertarik untuk mengukur biomarker tertentu ini karena mereka mempengaruhi tekanan darah. "Kami memilih parameter yang akan memberi kita pengukuran tekanan darah yang lebih akurat dan lebih andal," kata Juliane Sempionatto, mahasiswa PhD nanoinsinyur di laboratorium Wang.
"Katakanlah Anda memantau tekanan darah Anda, dan Anda melihat lonjakan selama siang hari dan berpikir ada yang salah. Bacaan biomarker bisa memberi tahu Anda apakah lonjakan tersebut disebabkan oleh asupan alkohol atau kafein. Kombinasi sensor ini dapat memberi Anda jenis informasi itu," katanya.
Dalam uji, subjek mengenakan patch di leher sambil melakukan berbagai kombinasi tugas berikut: bersepeda di sepeda statis; makan makanan tinggi gula; minum minuman alkohol; dan minum minuman kafein. Pengukuran dari patch cocok dengan yang dikumpulkan oleh alat pemantauan komersial seperti manchet tekanan darah, meter laktat darah, glucometer, dan breathalyzer. Pengukuran kadar kafein pemakai diverifikasi di laboratorium dengan mengukur sampel keringat yang dicampur kafein.
Salah satu tantangan terbesar dalam membuat patch adalah menghilgang interferensi antara sinyal sensor. Untuk melakukan ini, peneliti harus mengetahui jarak optimal antara sensor tekanan darah dan sensor kimia. Mereka menemukan bahwa jarak satu sentimeter berhasil sambil menjaga perangkat sekecil mungkin.
Peneliti juga harus mengetahui cara melindungi sensor kimia secara fisik dari sensor tekanan darah. Yang terakhir biasanya dilengkapi dengan gel ultrasound cair untuk menghasilkan bacaan yang jelas. Namun sensor kimia juga dilengkapi dengan hidrogela mereka sendiri, dan masalahnya adalah jika gel cair dari sensor tekanan darah mengalir keluar dan membuat kontak dengan hidrogela lain, itu akan menyebabkan interferensi antara sensor. Jadi sebagai gantinya, peneliti menggunakan gel ultrasound padat, yang menurut mereka bekerja sama baiknya dengan versi cair tetapi tanpa kebocoran.
Tim sudah bekerja pada versi baru dari patch, satu dengan lebih banyak sensor. "Ada kesempatan untuk memantau biomarker lain yang terkait dengan berbagai penyakit. Kami berusaha menambahkan nilai klinis lebih pada perangkat ini," Sempionatto kata.
Pekerjaan yang sedang dilakukan juga termasuk mengecilkan elektronika untuk sensor tekanan darah. Saat ini, sensor perlu terhubung ke sumber daya dan mesin meja untuk menampilkan bacaan. Tujuan akhir adalah untuk menempatkan semuanya di patch dan membuat semuanya nirkabel.
