En trådlös, bärbar skärm byggd med töjbar elektronik kan möjliggöra bekväma, långvarig hälsoövervakning av vuxna, spädbarn och små barn utan oro för hudskador eller allergiska reaktioner orsakade av konventionella självhäftande sensorer med ledande geler.

Den mjuka och anpassningsbara monitorn kan sända elektrokardiogram (EKG), hjärtfrekvens, andningsfrekvens och rörelseaktivitetsdata så mycket som 15 meter till en bärbar inspelningsenhet som en smartphone eller surfplatta. Elektroniken är monterad på ett töjbart underlag och ansluten till guld, hudliknande elektroder genom tryckta kontakter som kan sträckas med den medicinska filmen som de är inbäddade i.

"Denna hälsomonitor har en viktig fördel för små barn som alltid är i rörelse, eftersom den mjuka konforma enheten kan hantera den aktiviteten med en skonsam integration på huden, sa Woon-Hong Yeo, en biträdande professor vid George W. Woodruff School of Mechanical Engineering och Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering vid Georgia Institute of Technology. "Detta är designat för att möta de elektroniska hälsoövervakningsbehoven hos personer vars känsliga hud kan skadas av konventionella monitorer."

Detaljer om monitorn rapporterades 24 juli i tidskriften Avancerad vetenskap . Forskningen stöddes av Imlay Innovation Fund vid Children's Healthcare i Atlanta, NextFlex (Flexible Hybrid Electronics Manufacturing Institute), och genom ett fröbidrag från Institutet för elektronik och nanoteknik vid Georgia Tech. Monitorn har studerats på både djurmodeller och människor.

Eftersom enheten anpassar sig till huden, det undviker signalproblem som kan skapas av de typiska metallgelelektrodernas rörelse över huden. Enheten kan till och med få korrekta signaler från en person som går, springa eller gå i trappor.

"När du sätter en konventionell elektrod på bröstet, rörelse från att sitta upp eller gå skapar rörelseartefakter som är utmanande att separera från de signaler du vill mäta, " sa han. "Eftersom vår enhet är mjuk och konform, den rör sig med huden och ger information som inte kan ses med rörelseartefakter från konventionella sensorer."

Kontinuerlig utvärdering med en trådlös hälsomonitor kan förbättra bedömningen av barn och hjälpa läkare att identifiera trender tidigare, potentiellt underlätta intervention innan ett tillstånd fortskrider, sa Dr. Kevin Maher, en pediatrisk kardiolog vid Children's Healthcare i Atlanta.

"Genereringen av kontinuerliga data från andnings- och kardiovaskulära system kan möjliggöra tillämpningen av avancerad diagnostik för att upptäcka förändringar i klinisk status, svar på terapier och implementering av tidiga insatser, "Sa Maher. "En anordning för att bokstavligen följa varje andetag ett barn tar kan möjliggöra tidig erkännande och ingripande innan en mer allvarlig presentation av en sjukdom."

Används i hemmet, en bärbar monitor kan upptäcka förändringar som annars kanske inte är uppenbara, han sa. I kliniska miljöer, den trådlösa enheten kan tillåta barn att känna sig mindre "bundna" till utrustning. "Jag ser den här enheten som en betydande förändring inom pediatrisk hälsovård och är glada över att samarbeta med Georgia Tech i projektet, " tillade Maher.

Monitorn använder tre guldelektroder inbäddade i filmen som också innehåller den elektroniska bearbetningsutrustningen. Hela hälsomonitorn är bara tre tum i diameter, och en mer avancerad version under utveckling kommer att vara hälften så stor. Den trådlösa monitorn drivs nu av ett litet uppladdningsbart batteri, men framtida versioner kan ersätta batteriet med ett externt radiofrekvensladdningssystem.

Yeo och hans medarbetare, inklusive förste författare och postdoktor Yun-Soung Kim, fokuserar på pediatriska tillämpningar på grund av behovet av ambulatorisk övervakning hos barn. Dock, de föreställer sig att hälsomonitorn även kan användas för andra patientgrupper, inklusive äldre vuxna som också kan ha känslig hud. För vuxna, det skulle finnas ytterligare fördelar.

"Skärmen kan bäras i flera dagar, kanske så länge som två veckor, " Sa Yeo. "Membranet är vattentätt, så att en vuxen kunde ta en dusch medan han bär den. Efter användning, de elektroniska komponenterna kan återvinnas."

Två versioner av monitorn har utvecklats. Den ena är baserad på medicinsk tejp och designad för kortvarig användning på sjukhus eller annan vårdinrättning, medan den andra använder en mjuk elastomer medicinsk film som är godkänd för användning i sårvård. Den senare kan sitta kvar på huden längre.

"Enheterna är helt torra och kräver ingen gel för att fånga upp signaler från huden, " Yeo förklarade. "Det finns ingenting mellan huden och den ultratunna sensorn, så det är bekvämt att bära."

Eftersom monitorn kan bäras under långa perioder, det kan ge en långtidsregistrering av EKG-data till hjälp för att förstå potentiella hjärtproblem. "Vi använder djupinlärning för att övervaka signalerna samtidigt som vi jämför dem med data från en större grupp patienter, " sa Yeo. "Om en abnormitet upptäcks, det kan rapporteras trådlöst via en smartphone eller annan ansluten enhet."

Tillverkning av monitorns kretsar använder tunnfilm, nätliknande mönster av koppar som kan böjas med det mjuka underlaget. Chipsen är den enda delen som inte är flexibel, men de är monterade på det spänningsisolerade mjuka underlaget istället för ett traditionellt plastkretskort.

Som nästa steg, Yeo planerar att minska storleken på enheten och lägga till funktioner för att mäta andra hälsorelaterade parametrar som temperatur, blodsyre och blodtryck. En viktig milstolpe skulle vara en klinisk prövning för att utvärdera prestanda mot konventionella hälsomonitorer.

För Yeo, som är specialiserad på nano- och mikroteknik, utsikterna att se enheten i kliniska prövningar – och i slutändan användas på barnsjukhus – är ett kraftfullt incitament.

"Det kommer att bli en dröm som går i uppfyllelse för mig att se något vi har utvecklat vara till hjälp för någon som lider, ", sa han. "Vi vill alla se utvecklingen inom vetenskap och ingenjörskonst omvandlas till förbättrad patientvård."