Ada banyak desas-desus di sekitar elektronik yang dapat dipakai akhir-akhir ini — Google, misalnya, sedang melebarkan sayap ke bisnis kacamata, sementara perusahaan lain berjuang untuk pangsa pasar mereka dengan klip dan jam tangan berteknologi tinggi yang melacak apa yang Anda makan dan bagaimana Anda bergerak .
Konten terkait
- Dokter Jantung Irlandia yang Penemuannya Terselamatkan LBJ
- Elektronik yang Dapat Meleleh di Tubuh Anda Bisa Mengubah Dunia Kedokteran
Tapi tidak satupun dari mereka yang jauh seperti apa yang dikembangkan oleh John Rogers, pemenang penghargaan Smithsonian American Ingenuity dalam ilmu fisika. Perangkatnya, Anda lihat, direkayasa tidak hanya agar pas seperti sarung tangan, tetapi juga mungkin suatu hari menyelamatkan nyawa pemakainya.
Ilmuwan bahan, bersama dengan tim mahasiswa di University of Illinois di Urbana-Champaign, telah berhasil menguji apa yang paling baik digambarkan sebagai kaus kaki untuk jantung. Perangkat, dipasang di seluruh area permukaan jantung, terdiri dari serangkaian sensor untuk memantau, dengan presisi luar biasa, cara kerja bagian dalam organ yang paling vital ini. Jika mendeteksi kelainan yang mengganggu, ia dapat menyampaikan data ke profesional medis; dalam keadaan darurat, seperti saat serangan jantung, ia bahkan bisa melakukan intervensi dengan memberikan pulsa yang diinduksi elektroda.
Biasanya, jantung memompa dengan cara yang sangat efisien sehingga kita sulit melihatnya bekerja. Tetapi bagi mereka yang memiliki kondisi irama jantung, kontraksi jantung yang tidak sinkron dapat melemahkan — menyebabkan sakit kepala ringan, lemah, muntah, dan nyeri dada, bagi mereka yang menderita aritmia — atau, dalam beberapa kasus, mematikan. Seiring waktu, penyimpangan ritmik dapat menyebabkan pembekuan darah (yang kadang-kadang menyebabkan stroke) dan, dalam kasus yang ekstrim, henti jantung.
Dokter biasanya dapat meresepkan obat untuk memperbaiki masalah semacam ini. Tetapi dalam beberapa kasus, pasien harus beralih ke intervensi bedah seperti alat pacu jantung atau implan defibrillator. Dan sementara alat itu bekerja cukup baik, mekanisme yang mereka gunakan untuk mengatur detak jantung seseorang sebenarnya cukup kasar. Dengan implan defibrillator, sepasang elektroda diposisikan di dalam ruang jantung. Setiap kali aritmia yang mengancam jiwa terdeteksi, defibrillator mengirimkan sengatan listrik yang membuat jantung tersengat kembali ke ritme normal. Masalah dengan pendekatan itu, kata Rogers, adalah bahwa aktivitas dari daerah lain dari jantung dapat, secara tidak sengaja, memicu sentakan yang menyakitkan ketika sebenarnya tidak ada kebutuhan untuk itu.
Perangkat Rogers membungkus jantung dalam sistem sensorik yang jauh lebih canggih yang dapat menunjukkan dengan tepat di mana irama irama terjadi. Dalam arti, ini berfungsi seperti ujung saraf pada kulit sekunder.
"Apa yang kami inginkan adalah untuk memanfaatkan kekuatan penuh dari teknologi sirkuit, " kata Rogers tentang perangkat, yang merupakan dua setengah tahun dalam pembuatan. "Dengan banyak elektroda, perangkat dapat bergerak dan merangsang dengan cara yang lebih bertarget . Menyampaikan panas atau denyut nadi ke lokasi tertentu, dan melakukannya dalam dosis terukur yang cukup memadai, adalah penting karena menerapkan lebih dari yang diperlukan tidak hanya menyakitkan tetapi dapat merusak jantung. "
Diagram langkah-demi-langkah ini menggambarkan bagaimana perangkat jantung dibuat. (Universitas Illinois dan Universitas Washington) Selain potensinya sebagai implan jantung darurat, elastisitas kaus kaki jantung memungkinkan adanya serangkaian sensor elektronik dan non-elektronik lainnya yang dapat memantau kadar kalsium, kalium, dan natrium — yang dianggap sebagai indikator utama kesehatan jantung. Membran juga dapat diprogram untuk melacak perubahan tekanan mekanis, suhu dan tingkat pH (keasaman), yang semuanya dapat membantu memberi sinyal serangan jantung yang akan datang.
Untuk membuat selubung prototipe, para peneliti pertama-tama memindai dan 3D mencetak model plastik jantung kelinci. Mereka kemudian mengatur web 68 sensor elektronik kecil di atas cetakan, melapisinya dengan lapisan bahan karet silikon yang disetujui FDA. Setelah set karet, asisten laboratorium Rogers melepaskan polimer yang disiapkan khusus.
Untuk menguji membran, para peneliti melilitkannya ke jantung kelinci sungguhan, dihubungkan ke pompa mekanis. Tim ini merekayasa perangkat menjadi sedikit lebih kecil dari organ yang sebenarnya untuk memberikannya yang lembut, seperti sarung tangan.
"Hal yang rumit di sini, " kata Rogers, "adalah bahwa membran harus berukuran sedemikian rupa sehingga dapat menciptakan tekanan yang cukup untuk menjaga elektroda dalam kontak yang cukup dengan permukaan. Menekan terlalu keras akan menyebabkan jantung merespons dalam cara yang negatif. "
"Itu harus pas, " tambahnya.
Seperti Michael McAlpine, seorang insinyur mesin di Princeton University yang tidak terlibat dalam penelitian, mengatakan kepada The Scientist : " Apa yang baru dan mengesankan di sini adalah bahwa mereka telah mengintegrasikan sejumlah fungsi berbeda ke dalam membran yang menutupi seluruh permukaan jantung "Penyebaran sensor ini menyediakan tingkat resolusi spasial yang tinggi untuk pemantauan jantung dan menawarkan lebih banyak kontrol ketika datang ke stimulasi."
Jadi apa yang diperlukan untuk terobosan ini untuk beralih dari lab ke pasien? Rogers memperkirakan setidaknya satu dekade perkembangan sebelum sesuatu dapat siap untuk pasar medis. Sementara itu, ia berencana untuk terus berkolaborasi dengan insinyur biomedis Universitas Washington Igor Efimov untuk memperbaiki pembuktian konsep menjadi teknologi yang praktis, aman dan andal.
Salah satu kendala utama adalah mencari tahu cara memberi daya pada membran tanpa baterai konvensional. Saat ini, Rogers dan timnya sedang mengeksplorasi beberapa alternatif, seperti pengisian ultrasound, metode di mana daya ditransmisikan secara nirkabel melalui kulit, serta menggunakan bahan piezoelektrik yang menangkap energi dari lingkungan sekitarnya. Untuk yang terakhir, ada beberapa preseden untuk sukses. Dua tahun lalu, para insinyur di University of Michigan memanfaatkan bahan-bahan tersebut untuk mengembangkan alat pacu jantung yang hanya didukung oleh detak jantung penggunanya.
"Karena kami mencoba untuk menggabungkan lebih banyak sensor, serta memberikan impuls listrik dan panas, itu akan mengambil lebih banyak energi daripada jumlah yang dihasilkan untuk alat pacu jantung konvensional, " kata Rogers. "Di masa depan, kami berharap kami dapat meningkatkan efisiensi."
Elemen penting lainnya adalah mengarahkan cara mengirim data ke gadget eksternal sehingga pasien dan spesialis dapat mengaksesnya. Saat ini, sensor merekam hal-hal seperti perubahan suhu dan PH, di antara pola-pola lainnya, tetapi para ilmuwan belum menemukan cara untuk mengirimkan data itu secara nirkabel.
"Komunikasi Bluetooth berdaya rendah, jadi kami melihat itu, " kata Efimov. “Pada dasarnya, perangkat akan membutuhkan lebih banyak komponen dan kami akan membutuhkan para ahli di bidang lain seperti elektronik, telemetri, dan perangkat lunak. Jadi pada akhirnya, kita harus mengumpulkan modal ventura dan memulai sebuah perusahaan. "
Saat ini, fokusnya adalah membuat lengan bekerja sebagai perangkat praktis; tidak ada yang tahu berapa biayanya untuk diproduksi, atau, berapa biayanya bagi konsumen ketika datang ke pasar.
Namun, pertanyaan besarnya adalah apakah kaus kaki jantung akan berfungsi secara aman dan efektif in vivo, atau pada subjek uji hidup yang sebenarnya. Alat pacu jantung biasanya dapat bertahan 10 tahun. Jadi, agar praktis, penemuan Rogers juga harus menunjukkan bahwa itu dapat tetap beroperasi setidaknya selama itu. Tim sedang bersiap untuk mengambil langkah berikutnya dengan pilot yang akan menguji membran di dalam kelinci yang hidup, tes yang mereka harapkan untuk dilengkapi dengan dana dari National Institutes of Health, bersama dengan hibah lain yang sedang mereka upayakan. Jika semuanya berjalan dengan baik, tes selanjutnya apakah gadget itu akan dihabisi manusia.
