Intelligenta madrasser och sensorer för att skydda den mest känsliga huden

Människor som inte kan byta position självständigt, såsom nyfödda, sjuka och inlagda patienter, tenderar förr eller senare att utvecklas hudskador orsakade av tryck långvarig på huden.

Bara i Schweiz spenderas cirka 300 miljoner franc varje år på behandling av liggsår – ett problem som kan leda till ett allmänt försämrat hälsotillstånd och som fram till nyligen verkade oöverstigligt.

EMPA-forskarna kom dock precis på det två lysande lösningar vilket kommer att göra det möjligt för oss att ta itu med problemet med tryckskador på ett avgjort smart sätt: medan vi i Biomimetic Membranes and Fabrics-laboratoriet i San Gallo arbetar med en specialmadrass för nyfödda, sammanför ProTex-projektet forskare från EMPA, University of Bern, University of Applied Sciences of Eastern Switzerland och Bischoff Textil AG i St. Gallen i utvecklingen av en "intelligenta" textilsensorer som kommer att hjälpa sängliggande människor genom att förhindra uppkomsten av trycksår.

De revolutionerande sensorerna som kan spara miljontals batterier
"Smarta" kontaktlinser för att utforska en ny värld

Vägen till förebyggande åtgärder går genom vetenskapen

När vår spade utsätts för överdrivet tryck under en lång tid, slutar det med att den skadas. Vilka resultat är hudskador känd som liggsår, ett problem som främst drabbar personer som inte kan byta position självständigt.

Högriskpopulationerna är i detta sammanhang främst personer i rullstol, äldre och vissa sjukhuspatienter, bl.a. nyfödda på intensivvårdsavdelningar.

Behandlingen av dessa lesioner är komplex och ganska dyr. "Också", han påstår Simon Annaheim, EMPA-forskare vid Biomimetic Membranes and Textiles Laboratory i St. Gallen, "Befintliga sjukdomar kan förvärras av dessa tryckskador". Den mest förnuftiga vägen att ta, enligt den unge forskaren, skulle vara den undvika bildandet av sådana sår från början.

Det projekt som EMPA-forskaren arbetar med fokuserar särskilt på behov hos nyfödda. Hudens egenskaper är faktiskt helt olika från en ålder till en annan: om för vuxna är de viktigaste riskfaktorerna friktionen av huden på ytan och bristen på andningsförmåga hos tygerna, när det kommer till nyfödda är problemen de är av en helt annan typ.

Enligt Simon Annaheim är konventionella madrasser inte lämpliga för spädbarn som inte kan röra sig självständigt. Hans team arbetar därför med forskare från Zürich yrkeshögskola, Of 'Zürichs yrkeshögskola (ZHAW) ochUniversitetsbarnsjukhuset Zürich för att hitta en optimal viloyta för nyföddas ömtåliga hud.

Robotics, "färg"-sensorn som imiterar hudens känslighet
Effekten... en kameleont av biologiskt nedbrytbara 3D-sensorer och displayer

En speciell madrass för huden på nyfödda

Att utveckla en madrass som kan anpassa sig till individuella behov hos nyfödda på sjukhus började forskarna med att fastställa tryckförhållandena i olika delar av kroppen hos mycket små barn: "Våra trycksensorer visade det huvudet, axlarna och nedre delen av ryggraden de är de områden som löper störst risk för liggsår", förklarar Annaheim igen.

Utgående från detta antagande utvecklade forskarna en speciell luftmadrass bestående av tre rum som med hjälp av trycksensorer och en mikroprocessor, kan blåsas upp exakt via en elektronisk pump, vilket minimerar trycket som utövas på olika delar av kroppen.

Tack vare en infraröd laserprocess utvecklad på EMPA var det möjligt att tillverka madrassen med en flexibelt och flerskiktigt polymermembran, skonsam mot huden och fri från irriterande sömmar.

Efter utveckling i laboratoriet gick vi vidare till praktiken. Och resultatet av testerna var mer än lovande: jämfört med en skummadrass minskade prototypen trycket på sårbara delar av kroppen upp till 40 procent. Allt som återstår är att bredda studiens omfattning: en större utredning kommer snart att påbörjas vid avdelningen för intensivvårdsmedicin och neonatologi vid universitetets barnsjukhus i Zürich.

Således förstör tarmbakterier barns sömn
Utrymmen och hälsa: de schweiziska exemplen på Château-d'Œx och Lichtensteig

Intelligenta sensorer för att förhindra liggsår

Det andra projektet i pipelinen vid EMPA fokuserar på vuxnas behov, med utgångspunkt från ett mycket grundläggande koncept: nyckeln är omvandla riskfaktorer av blodtrycksstörningar till larmsignaler som är användbara för operatörer.

När du förblir i samma position under en längre tid, sittande eller liggande, orsakar blodtrycks- och cirkulationsproblem syrebrist i vävnaderna: hos personer som kan röra sig fritt utlöser detta en rörelsereflex som leder till att motivet ändrar position. Hos personer med paraplegi eller koma är dock detta neurologisk feedback kan stoppas.

I dessa fall kan risken för vävnadsskada rapporteras tidigt av intelligenta sensorer som de som utvecklats i ProTex-projekt, vilket involverar forskare från EMPA, University of Bern, University of Applied Sciences of Eastern Switzerland (OST) och Bischoff Textil AG i St. Gallen.

Det nya sensorsystemet består av smarta tyger förknippade med realtidsdataanalysanordningar. "Hudvänliga textilsensorer innehåller två olika funktionella polymerfibrer", Han förklarar Luciano Boesel från laboratoriet för biomimetiska och textila membraner vid EMPA i St. Gallen.

Förutom tryckkänsliga fibrer integrerade forskarna ljusledande polymerfibrer (POF) som gör det möjligt att mäta syre: "Så fort syrehalten i huden minskar signalerar sensorsystemet en ökande risk för vävnadsskador", förklarar Boesel.

Data överförs direkt till patienten eller vårdpersonalen, vilket möjliggör ingripande innan vävnaden skadas.

Hjälper alla att bli bättre: det är hälsa i AI-åldern
Ett "laboratorium av uppfinningsrikedom" för att berika Balgrist Hospital

ProTex: textilsensorer och optiska fibrer för framtida smarta tyger

I ProTex sensorer de kan integreras i kläder som underkläder eller strumpor och kan mäta trycket och syremättnaden i huden och vävnaderna som de är i kontakt med.

När syrehalten minskar och sensorer upptäcker risken för skada aktiveras en larmsignal. "Våra sensorer representerar ett nytt förhållningssätt till bärbara sensorer och de är också ett viktigt steg mot "smarta" kläder'", förklarar Ursula Wolf vid universitetet i Bern.

I detta projekt harÖstra schweiziska yrkeshögskolan tillhandahåller miniatyriserade gränssnitt för optiska fibrer, medanEMPA bidrar med POF-optiska fibrer, tillverkade genom en ny mikrofluidisk våtspinningsprocess utvecklad av universitetet. "Ingen av oss kunde genomföra projektet ensam", förklarar Boesel.

Den nya POF produktionsmetod det är ett av de tre patent som växte fram som en del av ProTex-projektet: en viktig utveckling som möjliggör kontroll av polymera komponenter i storleksordningen mikrometer och en mer ekologisk bearbetning av fibrerna.

Ett annat intressant patent från studierna för ProTex-projektet är en textilsensor som andas som kan bäras direkt på huden och som redan är nära att lanseras på marknaden av Bernese spin-off Sensawear.

Kort sagt, forskningen går snabbt, och forskare döljer inte sin tillfredsställelse: "ProTex resultat och teknologier kommer att möjliggöra ytterligare tillämpningar inom datateknikområdet i framtiden bärbara sensorer och smarta kläder", säger Boesel med övertygelse.

På jakt efter den perfekta polymeren: Dorina Opris uppdrag
Transistorer tryckta på papper eller PET-film? Schweiz är nästan där...