В последние месяцы сразу несколько исследовательских компаний и институтов из разных стран представили умные татуировки, которые при помощи микроскопических неинвазивных сенсоров могут отслеживать состояние здоровья своего владельца. Ученые надеются, что такие гаджеты существенно упростят персональный мониторинг здоровья. Это поможет предупреждать инфаркты, инсульты, обострения диабета и другие риски для жизни человека.
Фото: Роман Яровицын, Коммерсантъ
Фото: Роман Яровицын, Коммерсантъ
От Стамбула до Техаса
Летом ученые двух стамбульских университетов сообщили о разработке нанокраски, которая может бесконтактно передавать данные с человеческого тела. Биосенсор, получивший название «нано-тату краска с обратным излучением» (backscattering-based nanotattoo sensor, BNTS), был разработан Кристеном Белькастро из Университета Едитепе и Онуром Эргеном из Технического университета Стамбула. Краска состоит из двух основных компонентов — чернил на базе оксида цинка и нановолокон с электропроводящим графеновым аэрогелем.
По словам профессора Онура Эргена, основная функция разработанной при его участии смарт-татуировки — электроэнцефалография и бесконтактная передача данных.
Кроме того, турецкие исследователи изучают возможность снятия информации посредством анализа потоотделения — такая опция у BNTS есть.
Ученые двух стамбульских университетов сообщили о разработке нанокраски, которая может бесконтактно передавать данные с человеческого тела
Фото: Istanbul Technical University
Ученые двух стамбульских университетов сообщили о разработке нанокраски, которая может бесконтактно передавать данные с человеческого тела
Фото: Istanbul Technical University
Проект по разработке биосенсоров под руководством профессора Эргена уже получил признание в Европе. Европейский совет по научным исследованиям выделил грант на €1,4 млн для поиска оптимального решения по обеспечению электропитания для таких биосенсоров.
В апреле свой вариант смарт-татуировки представили исследователи из Университета Техаса (город Остин). «Многие проблемы с сердцем становятся заметны только на поздней стадии. Но организм страдает от таких проблем, даже когда они малозаметны для наблюдения извне,— отмечает один из авторов проекта, профессор кафедры инженерной механики Нансю Лю.— Если бы мы имели возможности постоянно следить за состоянием сердечно-сосудистой системы и передавать данные бесконтактно на соответствующие приборы, даже находясь дома (т. е. без специального посещения врача.— “Ъ”), мы бы заметно продвинулись в том, что касается ранней диагностики, и могли бы предотвратить до 80% заболеваний сердечно-сосудистой системы и осложнений».
Умная татуировка, или, как ее называют разработчики из США, «беспроводная электромеханическая электронная татуировка», представляет собой ультратонкую пленку — 200 мкм, которая может растягиваться вместе с кожей.
Вес такой пленки с установленными сенсорами и миниатюрной батареей составляет всего 2,5 г. Пленка помещается на грудную область — подобно временной татуировке-наклейке — и снимает показания для двух основных исследований работы сердца: электрокардиографии (ЭКГ) и сейсмокардиографии (СКГ).
Данные для ЭКГ могут передаваться бесконтактно на обычные мобильные устройства, например на смартфон или смартчасы. Информация же по СКГ пока могут передаваться только на специальные электронные стетоскопы. Ученые полагают, что постоянный мониторинг состояния сердечно-сосудистой системы при помощи ЭКГ и СКГ в сочетании друг с другом не только открывает новые возможности для ранней диагностики потенциальных рисков, но и обладает потенциалом для более широкого анализа.
«Оба этих измерения (ЭКГ и СКГ.— “Ъ”) в сочетании друг с другом дают полную картину того, что происходит с сердцем,— подчеркивает профессор Лю.— Но есть гораздо больше данных о работе сердца, которые можно замерить из двух постоянно и синхронно поступающих сигналов, передаваемых при помощи микроскопического неинвазивного устройства».
Кожа как дисплей
Аналитики считают рынок носимых аппаратов для медицинского мониторинга весьма перспективным. По данным Transparency Market Research, в 2023 году мировой рынок носимых устройств для мониторинга сердечно-сосудистой системы оценивается примерно в $1,9 млрд. До конца десятилетия он будет расти в среднем на 12,5% в год и в 2031 году достигнет $5,8 млрд.
Главными трендами рынка аналитики считают постоянный рост инвестиций и развитие технологий носимых устройств в целом — новые материалы, сенсоры, источники питания и т. д.
Это, в свою очередь, стимулирует и более узкий рынок ультраминиатюрных носимых устройств для мониторинга здоровья. Эксперты считают такие устройства привлекательными для потребителей, многим из которых не хочется носить на себе громоздкий аппарат или афишировать свои проблемы со здоровьем.
Компании также активно инвестируют в развитие программного обеспечения таких устройств и обработку поступающих с них данных. Это позволяет не только оперативно передавать данные врачам без визитов в больницу или поликлинику, но и самостоятельно отслеживать информацию, которая подается в доступном и наглядном виде.
Аналитики считают рынок носимых аппаратов для медицинского мониторинга весьма перспективным
Фото: College of Engineering at Carnegie Mellon University
Аналитики считают рынок носимых аппаратов для медицинского мониторинга весьма перспективным
Фото: College of Engineering at Carnegie Mellon University
Исследователь Лондонского имперского колледжа профессор кафедры химического инжиниринга Али Йетизен в интервью телеканалу CNN сообщил, что одним из перспективных направлений является разработка специальных «функциональных материалов» для смарт-татуировки. Идея заключается в том, что краска меняет цвет в зависимости от существенного изменения ключевых показателей — например, содержания сахара в крови, артериального давления, обезвоживания и т. д. Работу над такими материалами профессор Йетизен ведет в рамках проекта DermalAbyss совместно с исследователями из Массачусетского технологического института, MIT, и Гарвардской медицинской школы.
Пока одни ученые разрабатывает биосенсоры для отслеживания информации от организма, другие — как, например, профессор Карсон Брюнс из Университета Колорадо — создают умные татуировки для восприятия информации извне.
Профессор Брюнс разработал смарт-тату, следящую за уровнем ультрафиолетового солнечного излучения и радиации, которые могут вызывать рак кожи.
Сам профессор (фото) сделал свою первую татуировку еще в 19 лет и сейчас «совмещает свою любовь к этому искусству и к науке». В 2020 году он представил светочувствительную татуировку в виде небольшой точки, которая становится ярче, когда человек долго находится на открытом солнце. Но если человек уходит в тень или наносит солнцезащитный крем, татуировка бледнеет.
В апреле ученый получил престижную премию Career от американского Фонда национальной науки, NSF, за свои разработки в области биосенсоров с применением новейших наноматериалов для кожи разной пигментации. «Мы надеемся, что наши исследования позволят существенно оптимизировать биосовместимость умных татуировок с кожей разных пигментов. В перспективе мы планируем получить от регуляторов федерального Управления по рынку лекарственных препаратов и продуктов питания разрешение на массовое использование таких смарт-тату в США»,— заявляет ученый.