Plaster måler pulsen uten elektronikk
Plasteret er første av sitt slag i verden, og kan i kombinasjon med en helt vanlig smarttelefon undersøke hjertets tilstand.
Det ser ut som et lite gjennomsiktig plaster med en regnbue på overflaten. Eller for den som er gammel nok – baksiden av en CD-plate.
Plasteret er første av sitt slag i verden, og kan i kombinasjon med et helt vanlig kamera i en helt vanlig smarttelefon måle to ting:
- pulsen
- stivheten i blodårene.
Dette er nok til å avdekke noen viktige funn om hjertets tilstand, og hvordan hjerte- og karsystemet fungerer.
Plasteret er laget av silikongummi. Det er ikke nødvendig med elektronikk, eller kabler.
Som sugekoppene til en blekksprut
– Vi ønsket å utvikle en fleksibel enhet som er billig. Det spesielle er at vi ganske enkelt kan se signalet fra hjertet på plasteret med våre egne øyne, sier Angelos Xomalis, førsteamanuensis i elektroniske systemer ved NTNU.
På den ene siden av plasteret finnes et mønster i nanoskala som endrer farge når materialet strekkes. På den andre siden er det laget en tredimensjonal klebestruktur.
Denne strukturen er inspirert av naturen, som sugekoppene til en blekksprut, og gjør at plasteret fester seg godt til huden.
Når pulsbølgene fra blodårene får huden til å bevege seg, strekkes plasteret. Dette fører til små, men målbare endringer i fargen på den nanostrukturerte overflaten.
Fargeendringene kan registreres direkte med et vanlig mobilkamera, eller et hvilket som helst kamera – helt uten behov for et spektrometer, laser eller annet spesialisert utstyr.
Ikke som en smartklokke
Ja, det ligner kanskje litt på en smartklokke som også kan måle pulsen, men teknologien som brukes er ulik. Hvis man gløtter på baksiden av en smartklokke, vises det noen grønne lys. Disse lysene sendes et lite stykke inn i huden, og registrerer endringer i blodvolum over tid.
Dette er optisk overvåking.
– En ulempe med smartklokkemålingene er at de påvirkes sterkt av hvor mye pigment man har i huden, sier Xomalis.
Optisk overvåkning, som blant annet finnes i smartklokker, fungerer rett og slett dårligere for mørk hud.
– Optiske målinger er ikke like nøyaktige for alle hudtyper. Det er naturligvis et betydelig problem når det gjelder likeverdige helsetjenester, sier Xomalis.
Plasteret er derimot basert på mekaniske bevegelser i hudoverflaten, ikke på hvordan lys absorberes i huden. Plasteret kan i tillegg til pulsmåling, også måle stivheten i blodårene.
Dette er elektronikken og fysikken i prosjektet
– Vi vet at blodårene generelt blir stivere med alderen. Dersom du trener mye og lever svært sunt, kan du ha et relativt ungt system av blodårer i kroppen. Dersom du røyker mye, kan du derimot ha blodårer som biologisk sett fremstår eldre, sier Torjus Lines Steffensen, postdoktor i bildediagnostikk ved NTNU.
Stive blodårer kan bidra til ulike typer hjerte- og karsykdom. Denne typen informasjon er vanskelig å få fra optiske sensorer som brukes i for eksempel smartklokker.
– Vi kan altså hente ut mer informasjon med plasteret, sier Steffensen.
Kan erstatte avansert utstyr
For blant annet å måle stivheten i blodårene, trengs det i dag avansert utstyr hvor det brukes elektroder som klistres på huden på brystkassen, armene og bena – og deretter kobles med ledninger til et EKG-apparat. Mange har sikkert også opplevd å få en lysende hylse som festes på fingertuppen, og som måler pulsen og oksygenmetningen.
Dette er avansert utstyr som finnes på en akuttavdeling, ambulanse, fastlegekontor eller sykehus.
– I Norge fungerer kanskje dette fint. Hvis du befinner deg et avsidesliggende sted i Afrika, eller i andre deler av verden hvor spesialisert helsepersonell og avansert utstyr kan være langt unna, oppstår det en utfordring, sier Xomalis.
Med plasteret trenger helsepersonell i hovedsak bare tilgang til en smarttelefon, noe svært mange mennesker i verden har allerede.
– Det vi egentlig gjør, er å ta mye av kompleksiteten i slike målesystemer og flytte den over til smarttelefonen, sier Steffensen.
Forskerne mener at denne teknologien kan være starten på en ny generasjon bærbare helsesensorer som er billige, energifrie og enkle å bruke.
Plasteret er en innovasjon fra NTNU, og er i sin helhet designet, produsert og testet ved NTNU.
Slik er plasteret laget:
Teknologien bygger på en tynn film av det elastiske materialet PDMS (silikongummi) med to spesialdesignede overflater. Forskerne brukte storskala nanopreging for å produsere plasteret, og undersøkte hvordan den optiske responsen endret seg ved mekanisk belastning. Resultatene viste at en tøyning på bare to prosent ga en endring på ni prosent i fargeintensiteten. Denne responsen var stabil gjennom minst 1000 belastningssykluser. Den biomimetiske klebestrukturen forbedret dessuten festeevnen mot hud med 65 prosent sammenlignet med en flat PDMS-overflate.
I forsøk med tretten frivillige personer klarte håndholdte mobiltelefoner å registrere detaljerte pulsbølgeformer som samsvarte svært godt med kliniske referansemålinger. I forsøket presterte plasteret bedre enn flere etablerte teknikker, blant annet tradisjonell fotopletysmografi, bildebasert PPG og piezoelektriske pulssensorer.
Kilde:
Steffensen TL, Stubberud V, Hennisen ES, Winogrocki ET, Lövgren J, Torvund AGS, Vestad H, Skjærvold NK, Steinert M, Xomalis A. Circuit-Free Cardiovascular Monitoring via Smartphone-Readable Skin-Interfaced Nanophotonic Films. Adv Mater. 2026 Aug 6:e74512. doi: 10.1002/adma.74512. Epub ahead of print. PMID: 42559738.
