Les fantômes de la peau aident les chercheurs à améliorer les appareils portables sans que les gens ne les portent

Appareils portables sont devenus une grande partie des soins de santé modernes, aidant à suivre la fréquence cardiaque d’un patient, les niveaux de stress et l’activité cérébrale. Ces appareils compter sur les électrodescapteurs qui touchent la peau pour ramasser les signaux électriques du corps.

Créer ces électrodes n’est pas aussi simple que cela peut le paraître. Humain La peau est complexe. Ses propriétés, comme la façon dont il mène de l’électricité, peut changer en fonction de son hydrate, de votre âge ou même de la météo. Ces modifications peuvent rendre difficile de tester le fonctionnement d’un appareil portable.

De plus, le test d’électrodes implique souvent volontaires humainsqui peut être délicat et imprévisible. La peau de chacun est différente, ce qui signifie que les résultats ne sont pas toujours cohérents. Les tests prennent également du temps et de l’argent. De plus, il y a des préoccupations éthiques à propos de demander aux gens de participer à ces expériences, notamment en s’assurant qu’ils sont informés des risques et des avantages et peuvent participer volontairement.

Les scientifiques ont essayé de créer modèles de peau artificielle Pour éviter certains de ces problèmes, mais ceux existants n’ont pas pu imiter complètement la façon dont la peau se comporte lors de l’interaction avec les capteurs portables. Pour répondre à ces limitations, mes collègues Et moi ont développé un outil appelé un Phantom de peau biomimétique – Un modèle qui imite le comportement électrique de la peau humaine, ce qui rend les tests de capteurs portables plus faciles, moins chers et plus fiables.

Qu’est-ce qu’un fantôme de peau?

Notre Phantom de peau biomimétique est fait de deux couches qui capturent les nuances de la surface de la peau et des tissus plus profonds. «Biomimétique» signifie qu’il imite quelque chose de la nature – dans ce cas, la peau humaine. «Phantom» fait référence à un modèle ou un appareil physique fait pour imiter les propriétés de quelque chose de réel, comme les tissus humains, il peut donc être utilisé pour la recherche au lieu de compter sur des personnes réelles.

La couche inférieure imite les tissus plus profonds sous la peau. Il est fabriqué à partir d’une substance en forme de gel appelé cryogel d’alcool polyvinyliquequi peut être ajusté pour avoir une douceur et une conductivité électriques similaires aux tissus biologiques réels. Nous avons choisi ce matériel car ces qualités, ainsi que sa durabilité et sa large utilisation dans la recherche biomédicale, en font un bon remplaçant pour les couches de peau plus profondes.

La couche supérieure imite la partie la plus externe de la peau, connue sous le nom de strate corneum. Il est fabriqué à partir d’un matériau de type silicone appelé PDMSqui est mélangé à des additifs spéciaux pour correspondre aux propriétés électriques de la peau. Également largement utilisé dans la recherche biomédicale, le PDMS est flexible et facile à façonner pour reproduire de près la couche externe de la peau.

Une caractéristique unique de notre fantôme de peau est sa capacité à imiter différents niveaux de hydratation de la peau. L’hydratation affecte la façon dont la peau effectue l’électricité. La peau sèche a une résistance plus élevée, ce qui signifie qu’elle s’oppose à l’écoulement de l’électricité. Cela rend plus difficile pour les appareils portables de ramasser des signaux. La peau hydratée conduit plus facilement l’électricité parce que l’eau améliore le mouvement des particules chargées, conduisant à mieux qualité du signal. Améliorer la modélisation de la peau sèche et testée peut conduire à de meilleures conceptions d’électrodes.

Pour reproduire les effets de l’hydratation de la peau, nous Pores réglables introduits dans la couche PDMS supérieure du fantôme de la peau. En modifiant précisément la taille et la densité des pores, le modèle peut imiter les affections cutanées sèches ou hydratées.

Tester le fantôme de la peau

Mon équipe et moi avons testé notre fantôme de peau de plusieurs manières pour voir s’il pourrait vraiment remplacer la peau humaine dans les expériences.

Tout d’abord, nous avons utilisé une méthode appelée spectroscopie d’impédance pour étudier les propriétés électriques du fantôme. Cette technique applique des signaux électriques alternés à différentes fréquences et mesure la résistance du matériau à l’écoulement électrique, fournissant un profil détaillé de son comportement électrique. Les résultats des expériences que nous avons menées sur cinq volontaires ont montré que la réponse à l’impédance du fantôme étroitement reflété Celui de la peau humaine dans des affections sèches et hydratées, avec une différence inférieure à 20% entre la peau réelle et le fantôme.

Nous avons également testé si les appareils portables pouvaient ramasser des signaux du fantôme de la peau et comment la qualité du signal a changé avec différentes affections cutanées. Pour ce faire, nous avons enregistré Signaux d’électrocardiogramme sur des fantômes conçus pour imiter la peau sèche et hydratée. Les résultats ont montré clairement Différences de qualité du signal: Le fantôme simulant la peau sèche avait un rapport signal / bruit plus faible, tandis que le fantôme de la peau hydratée a montré une meilleure clarté du signal. Ces résultats sont cohérents avec études antérieures des autres chercheurs.

Ensemble, notre fantôme de peau se reproduit étroitement la façon dont la peau humaine réagit aux capteurs portables dans une gamme de conditions, y compris les états secs et hydratés. Cette précision en fait un stand-in optimal pour une vraie peau dans le laboratoire.

Technologie portable

Le fantôme de la peau est plus qu’un simple outil de test – c’est un pas en avant pour la santé portable technologie.

En supprimant l’imprévisibilité des tests humains, les scientifiques peuvent concevoir et améliorer les appareils portables plus rapidement et plus efficacement. Ils peuvent également l’utiliser pour étudier comment la peau interagit avec les dispositifs médicaux, tels que les correctifs qui fournissent des médicaments ou des outils de diagnostic avancés.

Notre fantôme de peau est également simple et peu coûteux. Chaque fantôme coûte moins de 3 $ US et peut être fabriqué avec des matériaux et des outils de laboratoire standard. Il peut être réutilisé plusieurs fois dans le même jour sans changements significatifs dans ses propriétés électriques, bien que l’utilisation prolongée sur plusieurs jours puisse nécessiter des ajustements, tels que la réhydratation, pour maintenir des performances stables. Cette abordabilité et cette réutilisabilité rendent le fantôme plus accessible aux laboratoires avec des budgets ou des ressources limités.

À mesure que la technologie portable devient plus courante dans les soins de santé, des outils tels que le Phantom Skin peuvent aider à rendre les appareils plus fiables, accessibles et personnalisés pour tout le monde.

Krittika GoyalProfesseur adjoint de fabrication et de technologie de génie mécanique, Rochester Institute of Technology

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