Perangkat yang dapat dipakai telah menjadi bagian besar dari perawatan kesehatan modern, membantu melacak detak jantung pasien, tingkat stres dan aktivitas otak. Perangkat ini bergantung pada elektroda, sensor yang menyentuh kulit untuk mengambil sinyal listrik dari tubuh.
Membuat elektroda ini tidak semudah kelihatannya. Kulit manusia itu kompleks. Sifat -sifatnya, seperti seberapa baik ia menghantarkan listrik, dapat berubah tergantung pada seberapa terhidrasi, berapa umur Anda atau bahkan cuaca. Perubahan ini dapat membuat sulit untuk menguji seberapa baik perangkat yang dapat dikenakan.
Selain itu, pengujian elektroda sering melibatkan sukarelawan manusia, yang bisa rumit dan tidak dapat diprediksi. Kulit setiap orang berbeda, hasil yang berarti tidak selalu konsisten. Pengujian juga membutuhkan waktu dan uang. Plus, ada kekhawatiran etis tentang meminta orang untuk berpartisipasi dalam eksperimen ini, termasuk memastikan mereka diberitahu tentang risiko dan manfaat dan dapat berpartisipasi secara sukarela.
Para ilmuwan telah mencoba membuat model kulit buatan untuk menghindari beberapa masalah ini, tetapi yang sudah ada belum dapat sepenuhnya meniru cara berperilaku kulit ketika berinteraksi dengan sensor yang dapat dipakai. Untuk mengatasi keterbatasan ini, rekan -rekan saya dan saya telah mengembangkan alat yang disebut hantu kulit biomimetik – model yang meniru perilaku listrik kulit manusia, membuat pengujian sensor yang dapat dipakai lebih mudah, lebih murah dan lebih dapat diandalkan.
Apa itu hantu kulit?
Phantom kulit biomimetik kami terbuat dari dua lapisan yang menangkap nuansa permukaan kulit dan jaringan yang lebih dalam. “Biomimetik” berarti meniru sesuatu dari alam – dalam hal ini, kulit manusia. “Phantom” mengacu pada model fisik atau perangkat yang dibuat untuk meniru sifat -sifat sesuatu yang nyata, seperti jaringan manusia, sehingga dapat digunakan untuk penelitian alih -alih mengandalkan orang yang sebenarnya.
OpenStax, CC BY-SA
Lapisan bawah meniru jaringan yang lebih dalam di bawah kulit. Ini terbuat dari zat seperti gel yang disebut cryogel alkohol polivinil, yang dapat disesuaikan untuk memiliki kelembutan dan konduktivitas listrik yang sama dengan jaringan biologis nyata. Kami memilih materi ini karena kualitas-kualitas ini, bersama dengan daya tahan dan penggunaannya yang luas dalam penelitian biomedis, menjadikannya stand-in yang baik untuk lapisan kulit yang lebih dalam.
Lapisan atas meniru bagian terluar dari kulit, yang dikenal sebagai stratum corneum. Ini terbuat dari bahan seperti silikon yang disebut PDMS, yang dicampur dengan aditif khusus agar sesuai dengan sifat listrik kulit. Juga banyak digunakan dalam penelitian biomedis, PDMS fleksibel dan mudah dibentuk untuk mereplikasi lapisan luar kulit dengan cermat.
Salah satu fitur unik dari hantu kulit kami adalah kemampuannya untuk meniru berbagai tingkat hidrasi kulit. Hidrasi mempengaruhi seberapa baik kulit menghantarkan listrik. Kulit kering memiliki ketahanan yang lebih tinggi, artinya menentang aliran listrik. Ini mempersulit perangkat yang dapat dikenakan untuk mengambil sinyal. Kulit terhidrasi menghantarkan listrik lebih mudah karena air meningkatkan pergerakan partikel bermuatan, yang mengarah ke kualitas sinyal yang lebih baik. Meningkatkan bagaimana kulit kering dimodelkan dan diuji dapat menyebabkan desain elektroda yang lebih baik.
Untuk mereplikasi efek hidrasi kulit, kami memperkenalkan pori -pori yang dapat disesuaikan ke lapisan PDMS atas phantom kulit. Dengan mengubah ukuran dan kepadatan pori -pori, model ini dapat meniru kondisi kulit kering atau terhidrasi.
Menguji hantu kulit
Tim saya dan saya menguji hantu kulit kami dalam beberapa cara untuk melihat apakah itu benar -benar dapat menggantikan kulit manusia dalam percobaan.
Pertama, kami menggunakan metode yang disebut spektroskopi impedansi untuk mempelajari sifat listrik hantu. Teknik ini menggunakan sinyal listrik bergantian pada frekuensi yang berbeda dan mengukur ketahanan material terhadap aliran listrik, memberikan profil terperinci dari perilaku listriknya. Hasil dari percobaan yang kami lakukan pada lima sukarelawan menunjukkan bahwa respons impedansi Phantom sangat mencerminkan bahwa kulit manusia di kedua kondisi kering dan terhidrasi, dengan perbedaan kurang dari 20% antara kulit asli dan hantu.
Frederic Cirou/Photoalto Via Getty Images
Kami juga menguji apakah perangkat yang dapat dikenakan dapat mengambil sinyal dari phantom kulit dan bagaimana kualitas sinyal berubah dengan kondisi kulit yang berbeda. Untuk melakukan ini, kami merekam sinyal eletrokardiogram pada hantu yang dirancang untuk meniru kulit kering dan terhidrasi. Hasilnya menunjukkan perbedaan yang jelas dalam kualitas sinyal: kulit kering yang mensimulasikan hantu memiliki rasio sinyal-ke-noise yang lebih rendah, sedangkan hantu kulit terhidrasi menunjukkan kejernihan sinyal yang lebih baik. Temuan ini konsisten dengan penelitian sebelumnya dari peneliti lain.
Bersama -sama, phantom kulit kita secara erat mereplikasi cara kulit manusia merespons sensor yang dapat dipakai di berbagai kondisi, termasuk keadaan kering dan terhidrasi. Akurasi ini menjadikannya stand-in yang optimal untuk kulit asli di laboratorium.
Teknologi yang Dapat Dipakai
The Skin Phantom lebih dari sekadar alat pengujian – ini adalah langkah maju untuk teknologi kesehatan yang dapat dipakai.
Dengan menghilangkan ketidakpastian pengujian manusia, para ilmuwan dapat merancang dan meningkatkan perangkat yang dapat dipakai lebih cepat dan efektif. Mereka juga dapat menggunakannya untuk mempelajari bagaimana kulit berinteraksi dengan perangkat medis, seperti tambalan yang memberikan obat atau alat diagnostik canggih.
Phantom kulit kami juga sederhana dan murah. Setiap biaya hantu kurang dari US $ 3 dan dapat dibuat dengan bahan dan alat laboratorium standar. Ini dapat digunakan kembali beberapa kali dalam hari yang sama tanpa perubahan signifikan dalam sifat listriknya, meskipun penggunaan yang diperpanjang selama beberapa hari mungkin memerlukan penyesuaian, seperti rehidrasi, untuk mempertahankan kinerja yang stabil. Keterjangkauan dan penggunaan kembali ini membuat hantu lebih mudah diakses oleh laboratorium dengan anggaran atau sumber daya terbatas.
Karena teknologi yang dapat dikenakan menjadi lebih umum dalam perawatan kesehatan, alat -alat seperti The Skin Phantom dapat membantu membuat perangkat lebih dapat diandalkan, dapat diakses, dan dipersonalisasi untuk semua orang.
Krittika Goyal, Asisten Profesor Teknologi Manufaktur dan Teknik Mesin, Rochester Institute of Technology
Artikel ini diterbitkan ulang dari percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Baca artikel asli.