Пациенты, страдающие от болезни Паркинсона, могут в один прекрасный день заменить свои многочисленные таблетки одним эластичным пластырем, похожим на вторую кожу. «Пластырь» будет контролировать жизненно-важные функции владельца, посылать сигналы врачу и вводить лекарства по мере необходимости.

Пока подобные устройства всё ещё сталкиваются со значительными препятствиями для их широкомасштабной реализации из-за целого ряда проблем. Две группы исследователей объявили о своих инновационных разработках, решающие некоторые из них, например, теперь можно соединять стандартную электронику с гибкими материалами.

Дело в том, что

обычная электроника, подобная той, что установлена в компьютерах или смартфонах, изготавливается из жёстких кремниевых пластин. Это даёт ей прочность, но вместе с этим и громоздкость, которая не совместима с носимыми устройствами.

Гибкая же электроника, созданная на основе силикона и пластика, которая может крепиться к коже, как правило, ограничена нехваткой ключевых компонентов (аккумуляторов и процессоров), которых в настоящее время в гибкой форме не существует.

Рис. 1. Вторая кожа – устройство толщиной с лист бумаги (справа) следит за состоянием пациентов с болезнью Паркинсона и вводит лекарства автоматически. Заполненное жидкостью устройство (слева) позволяет использовать жёсткую электронику в гибком устройстве (фото University of Illinois, Donghee Son, Jongha Lee).

Исследователи из Сеульского национального университета (Seoul National University) во главе с биоинженером Дэ-Хеном Кимом (Dae-Hyeong Kim) разработали «пластырь», который автоматически обеспечивает подачу медикаментов пациентам с болезнью Паркинсона.

Болезнь Паркинсона является неврологическим заболеванием, которое вызывает двигательные нарушения (например, дрожание рук) и требует регулярного принятия лекарства. Как правило, пациенты вынуждены съедать таблетки каждые несколько часов.

При этом всегда происходит резкий скачок концентрации препаратов в организме и постепенное последующее снижение уровня. Пластырь, закреплённый на коже, вводит серию небольших доз препарата по мере необходимости. Время «укола» определяется датчиком, отслеживающим тремор (дрожание) конечностей.

Рис. 2. Строение и датчики «второй кожи» (иллюстрация Nature Nanotechnology).

Поскольку устройство должно следить за тремором в течение долгого времени, при его создании использовался новый формат памяти − резистивная память с произвольным доступом, которая хранит информацию при помощи магнитных моментов, а не электрических зарядов.

Новый формат может позволить производить тонкие устройства с низким энергопотреблением, что делает его идеальным для включения в носимую электронику.

Рис. 3. Устройство работает даже при растяжении и сжатии. Стрелки указывают направление воздействия. «Пластырь» был наклеен на запястье (иллюстрация Nature Nanotechnology).

Команда Кима соединила новый формат хранения данных с инновационной системой доставки лекарственного средства.

Нижний слой пластыря покрыт наночастицами кремния, загруженными лекарствами. В отличие от никотинового пластыря устройство поставляет лекарства в организм исключительно в случае необходимости. Маленький нагреватель в пластыре автоматически прогревает наночастицы, заставляя их выпускать лекарства в кожу. Датчик температуры предотвращает перегрев устройства и не позволяет ему вызвать ожоги.

Устройство команды Кима использует внешний источник питания и процессор, которые пока нельзя заключить в носимую электронику. (Учёным не удалось найти подходящие компоненты.) Сейчас «умный пластырь» занимает небольшую площадь (как среднестатистическая клеевая повязка) и толщиной он меньше десятицентовой монетки.

«Это изобретение может оказать серьёзную помощь людям, страдающим от болезни Паркинсона, – считает Ким. – Пациент может наклеить пластырь и просто забыть о нём, не беспокоясь о побочных эффектах и не вспоминая о необходимости принимать таблетки».

В это же время команда исследователей во главе с Джоном Роджерсом (John Rogers) из университета Иллинойса разрабатывает способ включить **широкодоступные жёсткие электронные компоненты в структуры, которые будут столь же гибкими, как и устройство Кима.

Роджерс сравнил свой прототип с желейным пончиком: он представляет собой прозрачный наружный «корпус» из гибкого силикона, наполненного небольшим количеством силиконовой жидкости. Уменьшенные жёсткие компоненты плавают в этой жидкости, прицепившись к определённым точкам внешней оболочки. Когда такой пластырь соприкасается с кожей, змеевидные провода, соединяющие компоненты, разворачиваются подобно оригами, позволяя жёстким компонентам свободно скользить внутри конструкции.