Ett team från Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) har utvecklat en bärbar enhet som producerar högupplösta 3D-bilder av mänsklig hud inom 10 minuter. Teamet säger att den bärbara hudkartläggningsanordningen kan användas för att bedöma svårighetsgraden av hudtillstånd som eksem och psoriasis.

3D-kartläggning av hud kan vara användbart för kliniker, eftersom den flesta utrustning som används för att bedöma hudförhållanden bara ger 2-D-bilder av hudytan. Eftersom enheten också kartlägger djupet av åsarna och skårorna i huden på upp till 2 mm, det kan också hjälpa till med att övervaka sårläkning. Enheten pressar en speciellt framtagen film på motivets hud för att få ett avtryck på upp till 5 gånger 5 centimeter, som sedan utsätts för en elektrisk laddning, generera en 3D-bild.

Forskarna designade och 3-D-printade en prototyp av sin enhet med hjälp av polymjölksyra (PLA), en biologiskt nedbrytbar bioplast. Den batteridrivna enheten, som mäter 7 cm gånger 10 cm, väger bara 100 gram.

Den gjorda-i-NTU-prototypen är utvecklad till en bråkdel av kostnaden för enheter med jämförbar teknik, såsom optisk koherenstomografi (OCT) maskiner, som kan kosta tusentals dollar och väga upp till 30 kilo.

Biträdande professor Grzegorz Lisak från NTU:s skola för civil- och miljöteknik, som ledde forskningen, sa, "Vår icke-invasiva, enkel och billig anordning skulle kunna användas för att komplettera nuvarande metoder för att diagnostisera och behandla hudsjukdomar. På landsbygden som inte har lätt tillgång till sjukvård, icke-medicinskt utbildad personal kan göra hudkartor med hjälp av enheten och skicka dem till läkare för bedömning."

Att ge en oberoende kommentar om hur enheten kan vara användbar för läkare, Dr Yew Yik Weng, en konsult dermatolog vid National Skin Center och en biträdande professor vid NTU:s Lee Kong Chian School of Medicine, sa:"Tekniken är ett intressant sätt att kartlägga ytstrukturen på mänsklig hud. Det kan vara en användbar metod för att kartlägga hudstruktur och sårläkning på ett 3D-sätt, vilket är särskilt viktigt i forskning och kliniska prövningar. Eftersom enheten är batteridriven och bärbar, det finns mycket potential i dess utveckling till ett verktyg för vårdutvärdering i kliniska miljöer."

Biträdande professor Dr. Yew sa, "Enheten kan vara särskilt användbar i studier som involverar sårläkning, eftersom vi för närvarande saknar ett verktyg som kartlägger längden och djupet på hudryggar. För närvarande, vi förlitar oss på fotografier eller mätningar i våra försök som bara kan ge en 2D-bedömning."

Författare till studien, Herr Fu Xiaoxu, en Ph.D. student från NTU:s skola för samhälls- och miljöteknik, sade:"3D-kartläggningsenheten är enkel att använda. Utöver det, ett 1,5V torrbatteri är allt som behövs för att driva enheten. Det är ett exempel på en grundläggande, ändå mycket effektiv tillämpning av elektrokemi, eftersom ingen dyr elektronisk hårdvara krävs."

Publicerad i den vetenskapliga tidskriften Analytica Chimica Acta den här månaden, Tekniken utvecklades av professor Lisak, som också är chef för rester och resurser för återvinningscenter vid Nanyang Environment and Water Research Institute (NEWRI) och hans Ph.D. studerande, Herr Fu Xiaoxu.

Den "gyllene" lösningen på 3D-hudkartläggning

Nyckelkomponenten i NTU-enheten är en polymer som kallas PEDOT:PSS[1], används ofta i solpaneler för att omvandla ljus till elektricitet. Dock, laget fann en annan användning för sin elektriska konduktivitet-att reproducera hudmönster på guldbelagd film. Guld används eftersom det har utmärkt elektrisk konduktivitet och flexibilitet.

För att använda enheten, en person trycker på en knapp för att trycka den guldbelagda filmen mot motivets hud för att få ett avtryck. Detta orsakar talg, en fet substans som produceras av huden, att överföras till filmen, skapa ett avtryck av hudytan.

Nästa, avtrycket av huden överförs till den bärbara enheten där en uppsättning elektroder nedsänks i en lösning. Med ytterligare en knapptryckning, enheten utlöser ett flöde av elektrisk laddning, orsakar PEDOT:PSS deponeras på ytorna på den guldbelagda filmen i områden som inte är täckta med talg. Detta resulterar i en högupplöst 3D-karta över huden, som reflekterar kanterna och spåren på motivets hud.

Att använda grisskinn som modell, forskarna visade att tekniken kunde kartlägga mönstret för olika sår som punkteringar, skärsår, nötning, och snitt.

Teamet visade också att även det komplexa nätverket av rynkor på baksidan av en mänsklig hand kunde fångas på filmen. Den tunna filmen är också tillräckligt flexibel för att kartlägga funktioner på ojämna hudområden, såsom veck på en armbåge och fingeravtryck.

Biträdande professor Lisak tillade:"Enheten har också visat sig vara effektiv för att lyfta fingeravtryck och ger en högupplöst 3D-bild av deras egenskaper." (Se bild 2)

Kommentera den potentiella användningen av enheten, Dr. Yew tillade:"Enheten kan hjälpa till med fingeravtrycksidentifiering, som vanligtvis utförs i kriminalteknisk analys. Enheten kan erbjuda en högre grad av noggrannhet när det gäller att skilja mellan liknande utskrifter, due to the 3-D nature of its imagery."

To further validate its efficacy, the team is exploring conducting clinical trials later this year to test the feasibility of their device, as well as other potential therapeutic uses.