Артериальное давление является важнейшим показателем здоровья сердечно-сосудистой системы человека, но для длительного слежения за ним простых способов нет. Традиционно давление измеряется с помощью манжеты на руке — это точный, но не самый удобный в быту способ. Альтернативой служат ультразвуковые датчики и фитнес-браслеты, но первые не слишком удобны, а вторые неточны. Американские учёные предложили другую альтернативу — лёгкие и прочные датчики из графена.
Источник изображения: The University of Texas at Austin/Texas A&M University
Группа исследователей из Техасского университета в Остине и Техасского университета A&M под руководством Рузбеха Джафари (Roozbeh Jafari) и Деджи Акинванде (Deji Akinwande) обошла все препятствия и разработала липкую и растяжимую графеновую электронную «татуировку», которую удобно носить в течение длительного времени и которая не скользит по коже. Подробнее о работе можно узнать в статье в Nature Nanotechnology.
«Датчик для татуировки невесом и незаметен. Нужно помещаете разместить его на теле. Вы его даже не видите, и он не двигается», — сказал Джафари.
Устройство проводит измерения, подавая в кожу слабый электрический ток, что даёт возможность измерить сопротивление участка тела между датчиками. Поскольку ток распространяется по пути наименьшего сопротивления — по богатому ионами потоку крови в сосудах — получается собрать данные о сопротивлении кровяного потока. Это сопротивление меняется вслед за колебаниями кровяного давления и можно выстроить чёткую зависимость одного от другого.
Определить зависимость сопротивления от кровяного давления поручили алгоритму машинного обучения, разделив собранный на добровольцах массив измерений на данные для обучения и проверки алгоритма. Для большей точности отдельным прибором собиралась информация о скорости пульсовых волн.
В общей сложности исследователи собрали 18 667 записей, из них 89 % пошли на обучение нейросети и 11 % на тестирование — для перекрёстной валидации. Точность измерений составила 0,2±4,5 мм рт. ст. для диастолического давления и 0,2±5,8 мм рт. ст. для систолического давления, что эквивалентно классу А стандарта IEEE для устройств мониторинга артериального давления.
Источник изображения: The University of Texas at Austin/Texas A&M University
Интересно, что графеновый датчик проверялся в условиях сильной жары и во время физических нагрузок на добровольцах, что вызывало сильное потоотделение. Во всех случаях датчик не деградировал и выдавал точные показания при длительной работе — до 300 минут и дольше. Это в 10 раз больше, чем в случае иных датчиков, отмечают исследователи.
Более того, установка невесомых графеновых датчиков на других артериях и венах позволит в динамике следить за распространением волны давления во всём теле человека, что позволит медицине научиться лучше следить за состоянием кровеносной системы человека.