Группа исследователей разработала «беспроводную мультисенсорную платформу» на основе наноматериалов для раннего выявления пролежней, которые часто встречаются у людей с ограниченной подвижностью, включая пожилых и людей с ограниченными возможностями. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Functional Materials (https://doi.org/10.1002/adfm.202506774).
Пролежни — одни из самых болезненных состояний, поражающих пожилых и людей с ограниченными возможностями в учреждениях долгосрочного ухода и реабилитации. Они возникают из-за длительного давления, повреждающего ткани кожи, поэтому регулярное изменение положения тела и тщательный гигиенический уход имеют большое значение.
Для пациентов с ограниченной подвижностью контакт с биоконтаминантами, такими как моча и фекалии, может дополнительно раздражать повреждённую кожу и ухудшать состояние пролежней. Однако в больницах нехватка персонала делает мониторинг состояния пациентов в режиме реального времени чрезвычайно сложной задачей.
В настоящее время датчики можно прикреплять к коже пациентов, но большинство из них — это отдельные устройства, измеряющие только давление. Кроме того, зависимость от батареек малой ёмкости или проводного питания создаёт значительные проблемы для практического использования в больницах.
Чтобы решить эти проблемы, группа под руководством доктора Мёнгу Чхве из Корейского института электротехнологий (KERI) в сотрудничестве с доктором Донхви Чо из Корейского исследовательского института химических технологий (KRICT) и профессором Ён Сук О из Национального университета Чангвон (CWNU) разработала сенсорную платформу, способную обнаруживать множественные физиологические сигналы, включая давление, температуру и аммиак (NH₃). Платформа работает удобно через беспроводную передачу энергии.
Технология использует наноматериал — сульфид меди (CuS), который обладает отличными антибактериальными и стерилизующими свойствами. Он не только выборочно обнаруживает NH₃, выделяемый биоконтаминантами, такими как моча и фекалии, но и помогает предотвратить кожные инфекции и улучшить гигиену.
Команда доктора Чхве максимизировала эффективность датчика, создав на поверхности CuS трёхмерную пористую структуру, что позволяет ему быстро обнаруживать NH₃ даже в небольших количествах, которые трудно увидеть невооружённым глазом.
Ещё одно преимущество этой технологии — её высокая конкурентоспособность по стоимости по сравнению с обычными дорогими датчиками. В сотрудничестве с Корейским исследовательским институтом химических технологий исследовательская группа успешно наладила массовое производство сульфида меди по низкой цене, просто погружая коммерческую медную пену (Cu foam) в раствор серы (S). Этот простой метод снизил себестоимость сенсорного материала более чем в 17 раз по сравнению с существующими методами.
В партнёрстве с Национальным университетом Чангвон команда применила метод беспроводной передачи энергии, при котором датчик работает, получая питание от близлежащих устройств, таких как смартфоны или NFC-ридеры.
Для беспроводного измерения различных биосигналов исследователи тщательно разработали физическую и электрическую структуру каждого датчика, чтобы минимизировать помехи между сигналами, вызванные изменениями давления и газа. Они также независимо разработали схему и алгоритмы беспроводной связи, что позволило получать чёткие и стабильные сигналы.
В результате датчик может автоматически отслеживать состояние пациента, просто будучи прикреплённым к коже, не полагаясь на батарейки малой ёмкости или длинные провода.
Наконец, исследовательская группа продемонстрировала клиническую осуществимость технологии, прикрепив датчики к пяти пациентам, включая пациентов с гемиплегией, при сотрудничестве с больницей Gimhae Hansol Rehabilitation & Convalescent Hospital.
В условиях больницы медсёстры и сиделки могли отслеживать состояние кожи пациентов в режиме реального времени с помощью смартфонов, ноутбуков или планшетов, что облегчало раннее предотвращение пролежней и существенно повышало эффективность ухода за пациентами.
Доктор Чхве сказал: «Мы разработали высокоэффективный материал, который может выборочно обнаруживать аммиак среди газов, выделяемых человеческим телом при комнатной температуре, без внешнего источника энергии, и это первое в мире применение такого материала в беспроводной сенсорной платформе».
Он добавил: «Это действительно значимый пример успешного сотрудничества между научными кругами, исследовательскими институтами и больницами».
Команда планирует расширить диагностические возможности платформы за пределы пролежней, включив в них влажность кожи, уровень pH и концентрацию молочной кислоты. Институт также намерен продолжить исследования и разработки, чтобы обеспечить широкое использование беспроводной сенсорной платформы в лечении хронических ран, раннем выявлении инфекций и реабилитационном уходе.
Кроме того, команда стремится внедрить технологию в интеллектуальную платформу здравоохранения, которая будет взаимодействовать как с медицинским, так и с промышленным секторами, путём разработки систем прогнозирования рисков заболеваний на основе ИИ и автоматических систем оповещения, а также путём интеграции больничных облачных сетей и систем домашнего ухода.