Elektronická náplast má paměť a umí dávkovat léky. Pomůže při léčbě Parkinsonovy choroby

Vědci vytvořili elektronickou náplast, která dokáže monitorovat jemné pohyby ve svalech, ukládat naměřená data a podle pravidelností, které v nich vypozoruje rozhodnout, kdy do pokožky aplikovat další dávku léku. Náplast by mohla najít uplatnění při sledování a léčbě pacientů s Parkinsonovou chorobou a epilepsií.

Zařízení, která nepřetržitě sledují vybrané fyziologické ukazatele, mohou lékařům pomoci lépe porozumět nemocem jako je epilepsie, poruchy srdeční činnosti, nebo Parkinsonova choroba a účinněji je léčit. Několik výzkumných skupin se snaží vytvořit diskrétní zařízení pro sledování zdravotního stavu využívající možností flexibilní a pružné elektroniky, kterou by bylo možné připevnit na povrch lidského těla, případně připojit k srdci nebo mozku.

Tento nový systém je však první, který dokáže ukládat naměřená data a dávkovat léky, říká Dae-Hyeong Kim profesor chemie a biologie na univerzitě v Soulu a jeden z autorů elektronické náplasti. V uzavřeném okruhu se zpětnou vazbou, vysvětluje Kim jsou uložena data využíváná pro statistické analýzy, která pomáhají sledovat příznaky a reakce na léky."

Kim spolupracoval s vědci z University of Texas v Austinu a společností MC10, která dodala senzory, paměť a komponenty pro dávkování léků. Vše bylo vyrobeno z nanomateriálů na polymerním substrátu, který je měkký a pružný jako lidská kůže. Článek o náplasti vyšel v časopise Nature Nanotechnology.

Na polymerovou náplast nechal tým natisknout tři mikrozařízení: 

• silikonovou nanomembránu protkanou sítí senzorových polí pro sledování napětí ve svalech,
• hadovité chromovo-zlaté nanovlákno, které teplotní sensor a 
• konečně porézní nanočástice oxidu křemičitého pro dávkování léků.

Senzory dovedou detekovat jemný pohyb, jako je Parkinsonovksý třes, tepelný sensor řídí teplotu polymeru, a tím i difuzi léčiv do pokožky (teplo zeslabuje fyzikální vazby mezi nanočásticemi a léky). Teplotní čidla sledují teplotu pokožky při podávání léků, aby se zabránilo popálení.

Co je na nové elektronické náplasti nejunikátnější je její elastická paměť. Výzkumníci již dříve dokázali vytvořit energeticky nezávislý modul odporové paměti, tám, že použili nanomembrány oxidů kovů. Tyto přístroje však byly tuhé a křehké. Nyní vědci vyvinuli elastické paměťové zařízení: sendvič vrstvičky zlata mezi dvěma ultra tenkými nanomembránami oxidu titaničitého vytištěnými na hliníkovch elektrodách.

Paměť přístroje může být různě ohýbána a kroucena a přitom funguje po natažení až na 125 procent své původní délky, a to i po tisíci cyklech takovéhoto roztažení.
Jako jednoduchou demonstraci umístili vědci náplast na doborvolníkovi na zápěstí. Snímače pohybu měřily frekvenci simulovaného třasu snímáním napětí svalů. Frekvence byla zaznamenána a sdělena řídicímu obvodu, který rozpoznává vzorce charakteristické pro Parkinsonovu chorobu. To zase vyvolalo uvolnění léčiva.
V současnosti ještě paměťový prvek potřebuje napájení a datový vysílač. Vědci říkají, že budou potřebovat baterie nebo bezdrátový přenos elektrické energie a zařízení pro bezdrátovou komunikaci v pružné podobě jako je paměť náplasti, aby mohli vytvořit skutečně nositelnou a bezdrátovou elektronickou náplast.

Původní zpráva na IEEE Spectrum
Foto: Donghee Son and Jongha Lee