Pohled na to, jak nositelná nanozařízení přenosná na kůži se špičkovou nanotechnologií způsobí revoluci ve zdravotnictví. Objevte budoucnost monitorování v reálném čase a personalizované léčby!
Mezi závěsy prosvítá ranní slunce. Zvednete svůj smartphone, zkontrolujete čas a otevřete aplikaci „Zdraví“. Kontrolujete si hladinu cukru v krvi, krevní tlak, puls a kontrolujete léky. Tato rutina je možná díky nedávnému technologickému pokroku. Zejména komercializace nositelných nanozařízení s lepidlem na kůži by mohla brzy učinit naši ranní rutinu mnohem pohodlnější a efektivnější. Nositelná zařízení, která dokážou zachytit a ukládat biometrické informace, lze připojit k chytrému telefonu nebo počítači a sledovat a spravovat své zdraví v reálném čase. Pokrok ve strojírenství přináší tuto technologii z filmů do skutečného světa přímo před našima očima.
Nositelná zařízení jsou více než jen elektronická zařízení, která lze nosit, jsou to zařízení, která jsou těsně připevněna k tělu uživatele a komunikují s ním. Výzkum nositelných zařízení začal ve Spojených státech v 1960. letech 1990. století a jak se v XNUMX. letech vážně začala industrializace, rychle se rozvíjela technologie pro vývoj zařízení pro lékařské účely. V posledních letech existuje celá řada způsobů, jak je nosit. Patří mezi ně příslušenství, oblečení integrované, přichycené na kůži a biologicky implantované. V současné době mnoho z nich nedosáhlo fáze komercializace, ale vzhledem k jejich lékařským aplikacím jsou nositelná nanozařízení připojená na kůži těmi, která je třeba komercializovat nejvíce. Nositelná nanozařízení vyrobená kombinací nanotechnologií a polovodičových procesů lze připevnit na kůži stejně snadno jako nálepku, což má velké výhody při shromažďování a využívání biometrických informací a má významné lékařské využití.
Nositelná nanozařízení s lepidlem na kůži se vyvíjejí teprve několik let. Nedávným příkladem je studie z roku 2014, která vyvinula náplast, která dokáže diagnostikovat a léčit pohybové poruchy, jako je Parkinsonova choroba. Tento výzkum nám pomůže porozumět tomu, jak se vyrábějí a aplikují nositelná nanozařízení s lepidlem na kůži. Existují čtyři hlavní prvky potřebné k vývoji nositelných nanozařízení přilnavých na kůži: Materiály vhodné pro připevnění na kůži, senzory pro detekci pohybových poruch, paměť, která běží na nízký výkon, a ohřívače a zařízení pro podávání léků pro terapii.
Za prvé, vývoj flexibilního materiálu vhodného pro roztažnou kůži je nejdůležitější součástí vývoje nanozařízení přilnavých na kůži. Zatímco konvenční elektronická zařízení používají tuhé substráty, jako jsou křemíkové nebo skleněné substráty, zařízení přilnavá na kůži používají nanofilmy a nanočástice. Nanočástice jsou velmi malé částice o průměru řádově 10-9 metrů a tenké filmy vyrobené z nanočástic jsou velmi tenké a lehké. Uspořádáním obvodů ve formě pružiny a jejich přenesením na náplast nanozařízení přilne k pokožce a zachová si svůj výkon i při natažení nebo ohnutí.
Zadruhé je potřeba senzor k detekci pohybových poruch. Tento senzor využívá křemíkové nanofilmy, které jsou vyrobeny metodou shora dolů pro zmenšení větších materiálů. Zde použitý křemíkový nanofilm je jednoduchý vzor nanodrátů, který využívá metodu shora dolů běžně používanou k výrobě konvenčních polovodičových součástek. Odpor křemíkových nanofilmů se mění v závislosti na vnější síle, která na ně působí, a množství proudu, který jimi protéká, je nepřímo úměrné odporu. Tato charakteristika může být použita k diagnostice pohybových poruch měřením abnormálních pohybů.
Za třetí, pro ukládání naměřených dat o onemocnění je vyžadována energeticky nezávislá paměť. Použití vysokého výkonu v tenké náplasti pomocí nanofilmů však není stabilní, takže paměť musí také běžet na nízký výkon. Tato část je vyrobena pomocí nanofilmů oxidu titaničitého vyrobených metodou shora dolů a nanočástic zlata vyrobených metodou zdola nahoru. V paměti musí být mezi dvěma elektrodami přítomna vrstva nanočástic zlata, aby se udržel náboj, takže je velmi důležité, aby se zlaté nanočástice vytvořily na nanofilmu oxidu titaničitého, aby se náboj uložil. Když je zařízení v nanoměřítku, změna velikosti jen o několik nanometrů může výrazně změnit jeho vlastnosti, takže je vyžadována přesnost. Metody zdola nahoru, na rozdíl od výše popsaných metod shora dolů, vytvářejí nanomateriály z malého počtu molekul a mají přesnost v atomovém měřítku ve srovnání s technikami shora dolů.
Nakonec je pro léčbu zapotřebí elektronický ohřívač a zařízení pro podávání léčiva. Když senzor detekuje abnormality v pohybu svalů, zapne se elektrický ohřívač, aby se zvýšila teplota. Když teplota dosáhne určité teploty, léčivo uložené v nanočásticích oxidu křemičitého se aplikuje na kůži v potřebném množství. Malá velikost léku v nanočásticích mu umožňuje proniknout kůží a odstranit bolest při injekcích a je to velmi užitečné řešení, protože včasná léčba je možná ihned poté, co senzor detekuje abnormalitu bez nutnosti návštěvy nemocnice a získání diagnózy od lékaře.
Vzhledem k tomu, že moderní lidé jsou vystaveni různým dospělým nemocem a nemocem, budou nositelná nanozařízení připojená k pokožce užitečným zařízením k prevenci nemocí a řízení zdraví pouhým přiložením ke kůži. Před několika dny Institute of Basic Science oznámil, že vyvinul „náplast s glukózou v krvi“, která dokáže měřit a kontrolovat hladinu glukózy v krvi pomocí grafenové elektronické kůže, kterou lze připojit ke kůži. Po úspěchu v roce 2014 byl tento výzkum publikován v Nature Nanotechnology, nejprestižnějším světovém časopise, a byl uznán jako technologie, která přispěje k odvětví zdravotnické elektroniky. Těšíme se na to, jaká inovativní nositelná nanozařízení v budoucnu vznikne spojením nanotechnologie a polovodičů.
Budoucnost nositelných nanozařízení je neomezená. Mohou být použity v různých oblastech, včetně zdravotnictví, sportu, rehabilitace a zábavy. Ve sportu může sledování fyzické kondice sportovců v reálném čase pomoci maximalizovat jejich výkon, zatímco při rehabilitaci lze podrobně sledovat zotavení pacientů, aby byla zajištěna účinnější léčba. V oblasti zábavy je lze kombinovat s virtuální realitou (VR), aby poskytly pohlcující zážitek. Jak vidíte, nositelná nanozařízení mají potenciál obohatit naše životy.
Stále však existuje mnoho výzev, které je třeba vyřešit, než budou moci být nositelná nanozařízení komercializována a popularizována. V první řadě je důležité zlepšit jejich stabilitu a odolnost. Protože zařízení budou připevněna ke kůži po dlouhou dobu, musí být bez podráždění pokožky a vedlejších účinků a musí být dostatečně odolná, aby vydržela každodenní aktivity. Navíc je potřeba snížit výrobní náklady, aby byly dostupné pro více lidí. To bude vyžadovat vývoj technik hromadné výroby a snížení materiálových nákladů.
Závěrem lze říci, že nositelná nanozařízení přilnavá na kůži budou hrát důležitou roli v budoucích inovacích ve zdravotnictví a lékařství. Tyto technologie, které mohou monitorovat a spravovat biometrické informace v reálném čase, umožní prevenci nemocí, včasnou diagnostiku a personalizovanou léčbu, což výrazně zlepší kvalitu našeho života. Pokroky v nanotechnologiích a polovodičových procesech nás připravují na zdravější a pohodlnější budoucnost.
