Ученые и исследователи из Национального университета Сингапура и Института исследования материалов и инженерии A*STAR разработали сенсорный пластырь PETAL. Он не заживляет раны и не останавливает кровотечения, но позволяет врачам следить за их состоянием и эффективно лечить. В этом материале мы рассказали, как работает PETAL, в чем его уникальность и есть ли будущее у этой технологии.

Принцип работы сенсорного пластыря PETAL

Сенсорный пластырь PETAL похож на умную наклейку для ран. Для работы пластыря не нужна батарейка. Вместо нее он использует свет вокруг себя, чтобы зажечь колориметрические датчики. В основе работы пластыря PETAL лежит метод колориметрии, который позволяет определить количество определенного вещества в растворе, глядя на то, сколько света оно поглощает.

У пластыря есть пять колориметрических датчиков, они измеряют основные признаки заживления раны (биомаркеры): температуру, pH, триметиламин, мочевую кислоту и влажность. Эти показатели дают важную информацию о ране, например, о наличии воспаления или инфекции.

Жидкостная панель помещена между двумя тонкими пленками. Верхний силиконовый слой обеспечивает обмен кислорода и влаги и позволяет выводить изображение для точного захвата и анализа. Нижний контактный слой мягко прикрепляет сенсорную панель к коже и защищает рану от прямого контакта с сенсорной панелью, чтобы свести к минимуму повреждения раневой ткани.

(A) Детальное расположение пяти датчиков на панели датчиков, напечатанных на воске. Калибровка (B) датчика температуры, © датчика ТМА, (D) датчика pH, (E) датчика влажности и (F) датчика UA. Все столбики ошибок в (B) – (F) представляют SD от трех датчиков

После сбора достаточного количества раневой жидкости сенсорный пластырь PETAL может определить биомаркеры в течение 15 минут. Изображения или видео с сенсорного пластыря могут быть записаны на мобильный телефон для классификации с помощью специального алгоритма искусственного интеллекта.

Схема безбатарейного датчика для мониторинга ран: (A) Иллюстрация использования датчика PETAL на ожоговой ране. Пластырь проводит цветовой анализ состояния заживления раны. Также показаны различные слои, из которых состоит датчик PETAL. (B) Сенсорный пластырь выглядит как пятилепестковый цветок. Каждый «лепесток» имеет различные сенсорные материалы и принципы цветоощущения. © Внешний вид сенсорного патча в реальной жизни рядом с 50-центовой сингапурской монетой для сравнения размеров. (D) Для классификации раны датчик использует алгоритм машинного обучения, который является одним из видов искусственного интеллекта. Структура этого алгоритма включает несколько слоев, которые обрабатывают информацию (конволюционные слои): два слоя с полным подключением (FC) и слой softmax, который помогает получить конечный результат.

Специальный алгоритм искусственного интеллекта (ИИ) обучен распознавать закономерности в изменении цвета датчиков, что позволяет ему определить количество каждого признака и состояние раны. Использование ИИ делает анализ более точным и позволяет следить за состоянием раны в режиме реального времени.

Преимущества и будущее технологии

В медицине используют различные пластыри. Например, пластыри, которые определяют содержание пота или недостаточное количество воды в организме. Преимущество сенсорного пластыря PETAL в том, что он измеряет одновременно несколько параметров, работает без батареек, и для его работы не нужны громоздкие печатные платы.

В лабораторных экспериментах пластырь PETAL показал высокую точность в 97% случаях при определении разницы между заживающими и незаживающими хроническими и ожоговыми ранами. Он подходит для различных видов ран, и его можно использовать на любой стадии заживления. PETAL уже получил международный патент, поэтому, возможно, в ближайшие несколько лет его начнут активно использовать в больницах или даже дома.