Battlefield Medic on a Chip

Dauguma mirčių mūšio lauke įvyksta per pusvalandį po sužalojimo – dažnai per greitai, kad karys galėtų patekti pas medikus, jau nekalbant apie ligoninę. Tačiau Kalifornijos universiteto San Diege (UCSD) ir Clarksono universiteto Niujorke mokslininkų bendradarbiavimas siekia visa tai pakeisti naudojant lustą, galintį aptikti sužalojimus ir juos gydyti beveik akimirksniu.





Išmanusis jutiklis: Josephas Wangas tikisi panaudoti lanksčius elektrodus, tokius, kokius jis laiko čia, kad sukurtų lustą, diagnozuojantį mūšio lauko sužalojimus.

Tyrimo centre yra jutiklis, vis dar kuriamas, kuris gali būti naudojamas nuolat stebėti kario kraują, prakaitą ar net ašaras, ar nėra biožymenų. Visuose šiuose skysčiuose yra gliukozės, deguonies, laktazės ir hormono norepinefrino, kurie svyruoja priklausomai nuo žmogaus sveikatos ir aktyvumo lygio. Konkretūs, kolektyviniai šių žymenų pokyčiai gali rodyti sužalojimo buvimą. Kai jutiklis tai nustato, jis gali perduoti informaciją kitoje lusto vietoje arba į kitą lustą ir suaktyvinti atitinkamo vaisto išleidimą. Tai bent jau mintis; Tačiau realybei išsivystyti gali prireikti šiek tiek laiko.

Projekto vadovas, Džozefas Vangas , yra UCSD nanoinžinerijos profesorius, kurio biure gausu visų formų elektroninių jutiklių, bet tik dviejų dydžių: mažų ir dar mažesnių. Wangui, kuris anksčiau padėjo sukurti neinvazinį gliukozės matuoklį, kuris ima prakaito mėginius, nėra svetimas nuolatiniam jutimui. Tačiau užuot paėmęs tik vieną signalą, naujasis jutiklis turės atskirti kelis žymenis ir interpretuoti rezultatus.

Norėdami tai padaryti, Wang bendradarbiauja su Clarkson's Jevgenijus Katzas , kuris neseniai sukūrė sistemą, kuri naudoja fermentų pagrindu veikiančius loginius vartus, kad ne tik išmatuotų biomarkerių derinį, bet ir naudotų rezultatus ribotai diagnozei nustatyti. Katzo sistema pagrįsta fermentų valdomomis reakcijomis: esant tam tikriems fermentiniams produktams, vienas vartų rinkinys atrakinamas ir sukelia specifinę grandininę reakciją; kiti produktai suveikia visiškai kitokius vartus. Galutinis rezultatas yra loginė grandinė, galinti nustatyti tam tikras sveikatos būklę.

Kol kas Katzo fermentų loginė diagnostika veikia tik tirpale. Tačiau Wangas ir Katzas įsivaizduoja sistemą, kuri naudotų elektroninį jutiklį, kuriame yra fermentų, kad nustatytų keturių aukščiau paminėtų biomarkerių: gliukozės, deguonies, laktazės ir norepinefrino buvimą ar nebuvimą. Skirtinguose deriniuose šie biomarkeriai gali rodyti skirtingus sužalojimus, tokius kaip smegenų trauma ar šokas. Priklausomai nuo sužalojimo, elektrodai paverstų fermentinius rezultatus į kodą, kuris aktyvuoja nuo signalo priklausomas membranas, kad išleistų reikiamą vaistą. Pavyzdžiui, jei karį ištiktų hemoraginis šokas, elektrodas aptiktų padidėjusį laktato, gliukozės ir norepinefrino kiekį. Kai elektrodų fermentų produktų mišinys pradeda keistis, reakcija suaktyvins loginius vartus, unikalius smūgiui ir, galbūt, signalą, kad būtų išleistas tinkamas vaistas. Norime sukurti išmanųjį, pažangų jutiklį, kuris galėtų atskirti įvairius sužalojimus, priimti sprendimą gydyti ir, atpažinęs sužalojimą, tinkamai gydyti, sako Wang.

Jei visa tai skamba šiek tiek teoriškai, tai todėl, kad taip yra. Katzas ir Wang tikisi, kad praeis ketveri metai, kol jų naujai finansuojamas projektas bus baigtas. Šiame etape Katzas net negali tiksliai pasakyti, kokius sužalojimus jų sistema galėtų atpažinti arba kaip tiksliai galėtų juos gydyti. Jis sako, kad šiuo metu jie tiesiog kuria loginius vartus, kurie gali atskirti skirtingus sužalojimus – kaip atrodo biomarkerių deriniai ir fermentinis kodas, skirtas juos interpretuoti. Tada jie nuspręs, kurie kūno skysčiai veiktų geriausiai, ir nuo tada galės pradėti elektrodų projektavimą.

Iš šimtų Wang biure esančių jutiklių jis nurodo keletą, kurie, jo nuomone, gali būti naudingi modeliai. Vienas, skirtas susukti į sandarų cilindrą, yra toks mažas, kad tilptų į ašarų kanalą. Kitas, didesnis, gali turėti mažą poodinį jutiklį, kuris sėdi tiesiai po oda. Jis sako, kad norime kažko, kas būtų minimaliai invazinis arba, dar pageidautina, neinvazinis, iš kurio būtų galima išmatuoti ašaras, seiles ar prakaitą.

Tyrėjų laukia didelė užduotis. Manau, kad svarbus iššūkis yra išsiaiškinti dalykus, kuriuos jie gali pajusti, kokie patikimi [jie] bus mūšio lauko situacijoje, Martinas Bazantas , Stenfordo universiteto mechanikos inžinerijos profesorius. Ar galėsite pridėti kario vertės nepadidindami svorio ar nesukeldami gedimo rizikos?

Bazantas yra susipažinęs su sunkumais, susijusiais su kareivių projektavimu kovoje – jis buvo vienas iš MIT įkūrėjų. Karių nanotechnologijų institutas – Ir jis pažymi, kad paties jutiklio kūrimas būtų didžiulė dovana. Jis sako, kad galimybė mūšio lauke realiu laiku nustatyti tikslius tų cheminių medžiagų kiekius patikimai – tai jau įdomu. Gydytojas galėtų jį perskaityti ir pagal jį nustatyti paciento kritiškumą, ar būtinas gydymas, ar pacientą reikia perkelti į kitą vietą. Tačiau Bazantas skeptiškai vertina visiškai automatizuotos traumų aptikimo ir vaistų dozavimo sistemos naudojimą nesant mediko.

Jei Wangui ir Katzui pasiseks, jų projektas bus pritaikytas ne tik karo metu, bet ir kasdienėje medicinoje. Gydytojams visada reikia jutiklių, kurie pateiktų tikslesnį vaizdą apie tai, kas vyksta paciento kūne. Jis gali būti pritaikytas aptikti širdies žymenis, pavyzdžiui, greitai diagnozuoti širdies priepuolį ar insultą. Tai gali būti naudinga kiekvieną kartą, kai turime ką nors skubaus ir reikia greitai imtis veiksmų, sako Wang.

paslėpti