Powstał grafenowy tatuaż, który na bieżąco mierzy ciśnienie krwi

Sposób pomiaru ciśnienia krwi nie zmienił się od czasu wynalezienia w 1881 roku sfigmomanometru z nadmuchiwanym rękawem. Jednak taki sposób pomiaru nie daje nam pełnej wiedzy o stanie układu krążenia. Ciśnienie krwi to ważny wskaźnik. Stres może zabić. Stres prowadzi do zmian ciśnienia, ale nie mamy sposobu, by je mierzyć czy rozumieć, mówi profesor inżynierii Roozbeh Jafari z Texas A&M University.

W ostatnich latach zaczęły pojawiać się urządzenia, za pomocą których osoby cierpiące na choroby układu krążenia mogą na bieżąco monitorować ciśnienie. Urządzenia są jednak dość spore, mogą się przesuwać zakłócając pomiar. Z kolei urządzenia takie jak smartwatche, które korzystają z podczerwieni, mogą mierzyć puls, ale nie ciśnienie.

Jednak wkrótce może się to zmienić.profesor Deji Akinwande z University of Texas w Austin i profesor Jafari opracowali grafenowe elektroniczne tatuaże, które utrzymują się na skórze przez tydzień i bez przerwy monitorują ciśnienie badając bioimpedancję.

Ciągły pomiar ciśnienia ma wiele zalet. Pozwala bowiem na sprawdzenie, jak sprawuje się nasz układ krwionośny w różnych sytuacjach: podczas snu, pracy, intensywnego wysiłku fizycznego, gdy przeżywamy stres i gdy jesteśmy spokojni. Można dzięki temu wykonać tysiące pomiarów w ciągu doby. A to z kolei nie tylko powie nam, w jakim stanie jest nasz układ krążenia, ale pozwoli na wczesne wykrycie problemów.

Naukowcy rozpoczęli pracę od wyhodowania na miedzianej folii pojedynczej lub podwójnej warstwy grafenu. Następnie grafen pokryli 200-nanometrową warstwą akrylu, a całość przenieśli na papier do tatuaży, z którego całość trafiła na skórę. Jako, że warstwa grafenu jest atomowej grubości, bardzo dobrze przylega do skóry, nie musi być w żaden sposób mocowana, nie przesuwa się, a tatuażu w ogóle się nie czuje.

Żeby mierzyć ciśnienie naukowcy wykorzystali dwa rzędy sześciu grafenowych tatuaży. Każdy z rzędów został umieszczony dokładnie nad jedną z dwóch głównych tętnic ramienia: promieniową i łokciową. Skrajne tatuaże w każdym rzędzie wysyłają niewielkie impulsy elektryczne, a tatuaże wewnętrzne mierzą zmiany napięcia, co pozwala na określenie impedancji. Impedancja – jak wyjaśnia Jafari – odzwierciedla zaś zmiany ilości krwi w arteriach. Naukowcy musieli jeszcze stworzyć algorytm maszynowego uczenia się, który na podstawie zmian objętości krwi w arteriach, czasu przejścia impulsu zmiany ciśnienia pomiędzy tatuażami, różnicy czasu zmiany ciśnienia pomiędzy tętnicami oraz elastyczności arterii, dokładnie oblicza ciśnienie krwi.

W ramach eksperymentu tatuaże umieszczono na ramionach 7 osób, a wyniki pomiarów z tatuaży porównywano z wielokrotnie wykonywanymi tradycyjnymi pomiarami. Osoby biorące udział w eksperymencie musiały w czasie badań wykonywać różne czynności. Niektórzy robili pompki, inni spacerowali szybkim krokiem przy temperaturze dochodzącej do 38 stopni Celsjusza. Badania wykazały, że tatuaże nie ulegają degradacji pod wpływem światła, ciepła, kontaktu z wodą czy z potem. Eksperyment trwał przez pięć godzin i zakończył się sukcesem. Jafari mówi, że można dłużej wykorzystywać tatuaże, gdyż pozostają one na skórze przed tydzień.

Prototypowa wersja grafenowego systemu do pomiaru ciśnienia jest zaopatrzona w przewody, którymi dane z tatuaży wędrują do analizującego je urządzenia. Akinwande zapowiada, że powstanie wersja bezprzewodowa. Musimy zaprojektować układ scalony, który będzie bezprzewodowo przesyłał informacje, mówi.

tatuaż grafen ciśnienie krwi