Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Ołówek i kawałek papieru – to wystarczy by stworzyć czujniki monitorujące stan naszego zdrowia

Recommended Posts

Pewnego dnia będziemy mogli monitorować stan swojego zdrowia używając do tego celu... ołówka i rysując nim urządzenie bioelektroniczne. Tak przynajmniej obiecują naukowcy z University of Missouri, którzy dowiedli, że ołówek i kawałek papieru to wszystko, czego potrzeba, by stworzyć urządzenie do monitorowania stanu zdrowia.

Profesor Zheng Yan zauważa, że wiele komercyjnych urządzeń biomedycznych umieszczanych na skórze składa się z dwóch podstawowych elementów: modułu biomedycznego oraz stanowiącego podłoże elastycznego materiału, który zapewnia mocowanie do skóry i kontakt z nią.

Standardowy sposób produkcji takich urządzeń jest złożony i kosztowny. W przeciwieństwie do tego nasza technika jest tania i bardzo prosta. Możemy stworzyć takie urządzenie za pomocą papieru i ołówka, mówi Yan.

Warto pamiętać, że wkład ołówków stanowi głównie grafit. Naukowcy zauważyli, że ołówki zawierające ponad 90% grafitu są w stanie przewodzić duże ilości energii, jaka powstaje w wyniku tarcia rysika o papier. Szczegółowe badania wykazały, że do stworzenia na papierze różnych urządzeń biomedycznych najlepsze są ołówki, w których rysiku jest 93% grafitu. Yan zauważył też, że pomocny może być biokompatybilny klej w spraju, który można nałożyć na papier, by lepiej przylegał do skóry.

Naukowcy mówią, że ich odkrycie może mieć olbrzymie znaczenie dla rozwoju taniej, domowej diagnostyki medycznej, edukacji czy badań naukowych. Na przykład jeśli ktoś ma problemy ze snem, jesteśmy w stanie narysować biomedyczne urządzenie, które pomoże monitorować sen tej osoby, stwierdza Yan. Dodatkową zaletą takich urządzeń jest fakt, że papier bardzo szybko ulega biodegradacji, więc produkcja tego typu czujników nie będzie wiązała się z wytwarzaniem zalegających odpadów.

Autorzy badań twierdzą, że w ten sposób można będzie tworzyć czujniki temperatury, czynności elektrycznej mięśni i nerwów obwodowych, pracy układu krążenia, czujniki oddechu, urządzenia monitorujące pH potu, zawartość w nim glukozy czy kwasu moczowego i wiele innych urządzeń. Jakość przekazywanych przez nie sygnałów jest porównywalna z komercyjnie dostępnymi czujnikami. Całość zaś zasilana będzie dzięki wilgoci obecnej w powietrzu. Jak zauważyli naukowcy, pojedyncze narysowane ołówkiem urządzenie o powierzchni 0,87 cm2 może dzięki wilgotności powietrza generować przez 2 godziny napięcie sięgające 480 mV.

Opisujący badania Yana artykuł Pencil-paper on-skin electronics został opublikowany w PNAS. Badania były finansowane przez amerykańską Narodową Fundację Nauki, Narodowe Instytuty Zdrowia oraz Biuro Badań Naukowych Sił Powietrznych.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Ludzkie ciało nie jest dostosowane do pobytu w przestrzeni kosmicznej. Dlatego zachowanie zdrowia i kondycji kosmonautów to jeden z priorytetów misji pozaziemskich. Wiemy, że długotrwały pobyt w stanie nieważkości prowadzi do utraty masy mięśniowej, osłabia kości, negatywnie wpływa na oczy. Nowe badania opublikowane na łamach JAMA Neurology sugerują, że poza ochronną powłoką ziemskiej atmosfery dochodzi też do uszkodzeń mózgu i przyspieszonej degeneracji komórek nerwowych.
      Badania przeprowadzono na pięciu rosyjskich kosmonautach, którzy przebywali na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Przed misją i po niej pobrano im próbki krwi, w których określono koncentrację białek specyficznych dla mózgu. Badania wykazały, że w czasie pobytu w przestrzeni kosmicznej dochodzi do niewielkich uszkodzeń mózgu, które mogą jednak mieć długofalowe niekorzystne skutki dla zdrowia. Badania takie mogą mieć poważne konsekwencje dla planowanych załogowych misji na Marsa.
      Każdy z kosmonautów, a byli to mężczyźni, których średnia wieku wynosiła 49 lat, spędził w przestrzeni kosmicznej około pół roku. Na 20 dni przed startem pobrano od nich krew. Później badania powtórzono dzień, tydzień i trzy tygodnie po wylądowaniu. Henrik Zetterberg z Uniwersytetu w Göteborgu, Alexander Choukér z Uniwersytetu Ludwika Maksymiliana w Monachium oraz Glina Wassilijewa z Rosyjskiej Akademii Nauk określili poziom pięciu protein we krwi: lekkiego białka neurofilamentu (NfL), kwaśnego białka włókienkowego (GFAP), białka tau oraz amyloidu beta Aβ40 i Aβ42.
      Poziom tych białek we krwi pozwala określić integralność komórek mózgowych. Na przykład podwyższony poziom NfL świadczy o uszkodzeniu aksonów, a poziom amyloidu beta jest wykorzystywany w diagnostyce chorób neurodegeneracyjnych.
      Badania wykazały, że nawet 3 tygodnie po powrocie na Ziemię poziom NfL, GFAP oraz Aβ40 był u wszystkich znacznie podniesiony. Jednak spadał, gdyż największą koncentrację tych białek zarejestrowano tydzień po wylądowaniu. Zetterberg i Choukér informują, że z ich badań wynika, iż długoterminowy pobyt w przestrzeni kosmicznej wpływa na różne tkanki w mózgu.
      Wydaje się, że problem dotyczy wszystkich tkanek odpowiednich dla badanych biomarkerów, mówi pomysłodawca badań, Peter zu Eulenburg z Göteborga.
      Naukowcy przypuszczają, że przyczyną problemów jest zmiana dystrybucji płynów w czasie pobytu w przestrzeni kosmicznej oraz powrót sytuacji do normy po zakończeniu misji. Zwracają przy tym uwagę, że problemy dotykają kosmonautów przez całe tygodnie po powrocie, gdyż czas półrozpadu każdego z badanych biomarkerów jest znacznie krótszy niż trzy tygodnie. Utrzymywanie się wysokiego poziomu przez tak długi czas pokazuje, że problemy wciąż mają miejsce.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nasz siedzący tryb życia okrada nas z tego, co najcenniejsze w fizycznej aktywności – olbrzymiego zróżnicowania mechanizmów naprawczych, które ciągle reperują miniaturowe uszkodzenia organizmów u łowców-zbieraczy i społeczności rolniczych. Brak tych mechanizmów staje się coraz bardziej szkodliwy i dotkliwy w miarę, jak stajemy się coraz starsi. Dlatego też biolog ewolucyjny Daniel Lieberman z Uniwersytetu Harvarda zachęca, by wraz z upływem lat utrzymywać wysoki poziom aktywności fizycznej.
      Profesor Lieberman porównał czas życia w zdrowiu oraz poziom aktywności fizycznej przedstawicieli uprzemysłowionego zachodniego społeczeństwa – Amerykanów – i społeczności nieuprzemysłowionych. Uczony mówi, że łowcy-zbieracze przez całe życie są bardziej aktywni fizycznie od ludzi Zachodu, ale szczególnie staje się to widoczne w miarę, jak przybywa nam lat. Z wiekiem przeciętny człowiek naszej cywilizacji zwalnia, staje się coraz mniej aktywny. Dlatego też w starszym wieku jesteśmy od 6 do 10 razy mniej aktywni niż nasi równolatkowie ze społeczności łowiecko-zbierackich. Co więcej, oni często zwiększają wówczas swoją aktywność i znacznie dłużej cieszą się dobrym zdrowiem niż my.
      Wyewoluowaliśmy tak, by w miarę starzenia się być bardzo aktywni fizycznie. W społecznościach łowiecko-zbierackich nie ma czegoś takiego jak emerytura. Pracuje się do końca życia. Nie ma weekendów czy wakacji, zauważa Lieberman.
      U łowców-zbieraczy zachodzi odwrotny proces niż u nas. Babcie są tam bardziej aktywne niż matki. Kobiety, które już odchowały swoje dzieci, zwiększają swoją aktywność fizyczną. Więcej czasu poświęcają na zbieranie żywności. Babcie spędzają na tej czynności 4 do 8 godzin na dobę, natomiast matki od 2 do 5 godzin. Organizm zmuszany do ciągłego wysiłku fizycznego musi przeznaczać sporo energii na ciągłe naprawy różnego rodzaju mikrouszkodzeń, naderwanych mięśni, przeciążonych stawów.
      Wysiłek fizyczny powoduje wydzielanie się antyoksydantów, substancji przeciwzapalnych, poprawia przepływ krwi. Z kolei procesy związane z naprawą komórek i DNA zmniejszają ryzyko alzheimera, cukrzycy, nowotworów, depresji czy osteoporozy.
      Ewolucyjnie jesteśmy przygotowani do tego, by na starość być aktywnymi fizycznie. Dzięki temu mamy sprawne mechanizmy reperujące ciało, co pomaga w przeciwdziałaniu negatywnym skutkom starzenia się. Nigdy nie ewoluowaliśmy tak, by być nieaktywni. Jeśli więc prowadzimy siedzący tryb życia, te mechanizmy naprawcze nie działają w takim zakresie, jak wówczas, gdy jesteśmy aktywni, mówi uczony.
      Lieberman mówi, że na pomysł zastanowienia się nad źródłami współczesnej kultury ćwiczeń fizycznych wpadł, gdy prowadził badania wśród nieuprzemysłowionych plemion. Ludzie ci najczęściej byli sprawniejsi fizycznie od ludzi Zachodu, ale zawsze reagowali zdziwieniem na pytanie o ćwiczenia i trening. Kiedyś zapytał przedstawiciele plemienia, które znane jest z wytrzymałości w bieganiu, o trening. Ten ze zdziwieniem zapytał go, po co ktoś miałby biegać, jeśli nie musi. Trening fizyczny to dziwaczny pomysł współczesnego Zachodu. Ich treningiem jest ich życie. Są aktywni fizycznie, gdyż muszą ciągle przemierzać góry i doliny, są rolnikami. W badanej przeze mnie części świata nikt nie wybiera się na kilkukilometrową przebieżkę, mimo że są bardzo dobrzy w bieganiu.
      W trakcie swoich badań naukowiec zdał sobie sprawę, że trening fizyczny to koncepcja bogatego industrialnego Zachodu. Dla większości świata i przez większość historii ludzie ćwiczyli, gdyż musieli lub odnosili z tego konkretne korzyści.
      Lieberman zauważył, że łowcy-zbieracze, którzy nie ulegną wypadkowi lub nie zachorują na poważną chorobę, żyją mniej więcej równie długo jak ludzie z Zachodu. Jest jednak pewna zasadnicza różnica. U nich długość życia w zdrowiu jest niemal równa całkowitej długości życia. Tymczasem na Zachodzie powszechny jest lęk o to, że ostatnie lata życia spędzimy jako schorowani zniedołężniali ludzie.
      Dlatego też uczony zachęca, by w starszym wieku utrzymywać wysoki poziom aktywności fizycznej. I przytacza badania przeprowadzone wśród 21 000 absolwentów Uniwersytetu Harvarda. Wykazały one, że umiarkowane do intensywnych ćwiczeń fizycznych, w wyniku których spalamy co najmniej 2000 kalorii tygodniowo, znacząco obniża ryzyko zgonu. U osób w wieku 25–49 lat było ono o 21% niższe niż u niećwiczących, w wieku 50–59 lat taka aktywność zmniejszała ryzyko śmierci o 36%, a w wieku 70–84 lat odsetek ten rósł aż do 50%.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego (UCSD) powstał specjalny plaster, który w czasie rzeczywistym monitoruje przepływ krwi w głęboko położonych tkankach. Posłuży on do wczesnego wykrywania problemów z układem krążenia. Podobne plastry są wykorzystywane do monitorowania parametrów skóry czy struktur położonych tuż pod nią. Tymczasem urządzenie z UCSD jest w stanie odbierać sygnały z mikrometrowej wielkości struktur położonych nawet 14 centymetrów pod skórą.
      Takie urządzenie może dostarczyć bardziej spójnego, dokładnego obrazu tego, co dzieje się w głęboko położonych tkankach i organach takich jak serce czy mózg, mówi główny autor badań profesor nanoinżynierii Sheng Xu.
      Plaster składa się z macierzy 144 milimetrowej wielkości przetworników ultradźwiękowych umieszczonych na cienkim polimerowym podłożu. Ułożono je w macierz o wymiarach 12x12. Ich sygnał może penetrować tkanki na głębokość do 14 centymetrów. Stało się to możliwe dzięki temu, że każdy z przetworników można kontrolować indywidualnie. Mogą one działać albo w synchronicznie, emitując skupioną wiązkę ultradźwięków o wysokiej intensywności, albo też asynchronicznie, gdy każdy z przetworników bada interesującą nas strukturę pod nieco innym kątem.
      O ile konwencjonalne urządzenia tego typu trzeba przesuwać, by uzyskać inny kąt, w przypadku urządzenia z San Diego nie ma takiej potrzeby. Pracuje ono w zakresie od -20 do 20 stopni. Dzięki temu można monitorować znacznie większy obszar niż ten znajdujący się bezpośrednio pod plastrem.
      Możemy manipulować wiązką ultradźwięków. To daje nam wiele możliwości, możemy monitorować różne organy czy przepływ krwi w dużej rozdzielczości. Nie byłoby to możliwe za pomocą pojedynczego przetwornika, mówi doktorantka Muyang Lin. Plaster można nosić przez dłuższy czas. Dzięki temu może on dostarczyć cennych danych, w tym informacji o nieodpowiednim funkcjonowaniu zastawek, złej cyrkulacji krwi czy skrzeplinach.
      W prototypowym urządzeniu dane odczytywano podłączając doń przekaźnik. Teraz, gdy okazało się, że plaster działa jak należy, jego twórcy pracują nad zaimplementowaniem na nim modułu bezprzewodowego przesyłania danych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W tworzywach sztucznych używana jest olbrzymia liczba środków chemicznych, z których znaczna część nie została dobrze przebadana, a wiele potencjalnie szkodliwych związków jest dopuszczonych do kontaktu z żywnością. Do takich wniosków doszli naukowcy ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii w Zurichu (ETH Zurich), którzy stworzyli pierwszą dużą bazę danych monomerów, dodatków i związków ułatwiających produkcję wykorzystywanych w plastikach.
      Szwajcarzy zidentyfikowali w tworzywach sztucznych około 10 500 związków chemicznych. Wśród nich 2489 używanych jest w opakowaniach, do tekstyliów trafia 2429 środków, kontakt z żywnością ma 2109 związków chemicznych, a 522 różne związki są wykorzystywane do produkcji zabawek. Z kolei w urządzeniach medycznych, w tym maseczkach, znajdziemy 247 związków chemicznych.
      Co więcej, spośród wspomnianych 10 500 substancji aż 2480 (24%) to związki o potencjalnie szkodliwym wpływie na zdrowie. To oznacza, że niemal 1/4 wszystkich chemikaliów używanych w plastikach to albo związki wysoce stabilne, albo akumulują się w organizmie, albo są toksyczne. Są to często substancje toksyczne dla zwierząt wodny, powodujące nowotwory lub uszkadzające konkretne narządy, mówi główna autorka badań, Helene Wiesinger. Uczona dodaje, że niemal połowa z tych potencjalnie szkodliwych substancji jest masowo produkowana w Unii Europejskiej lub Stanach Zjednoczonych.
      Najbardziej uderzający jest fakt, że wiele z tych potencjalnie niebezpiecznych substancji podlega bardzo słabym regulacjom lub nie są dokładnie opisane, mówi Wiesinger. Z badań wynika, że aż 53% potencjalnie niebezpiecznych substancji w ogóle nie podlega żadnym regulacjom ani w USA, ani w UE, ani w Japonii. Jeszcze bardziej zaskakujący jest fakt, ze 901 potencjalnie niebezpiecznych substancji zostało zatwierdzonych do kontaktu z żywnością. A dla około 10% takich substancji Szwajcarzy nie znaleźli żadnych opracowań naukowych.
      Tworzywa sztuczne wytwarzane są z organicznych polimerów zbudowanych z powtarzających się monomerów. W czasie produkcji dodaje się wiele różnych związków chemicznych, jak przeciwutleniacze, plastyfikatory, opóźniacze spalania itp. itd., które nadają plastikom pożądne właściwości. Ponadto używa się katalizatorów, rozpuszczalników i innych związków ułatwiających sam proces produkcyjny oraz obróbkę plastiku.
      Badacze, ustawodawcy i sam przemysł skupiają się głównie na niewielkiej liczbie niebezpiecznych chemikaliów, o których wiadomo, że znajdują się w plastikach, mówi Wiesinger. Tymczasem wiemy, że plastikowe opakowania to główne źródło organicznych zanieczyszczeń żywności, a ftalany i bromowane opóźniacze spalania wykrywane są w kurzu i powietrzu w pomieszczeniach. Coraz częściej ukazują się też badania dowodzące, że w tworzywach sztucznych znajduje się znacznie więcej niebezpiecznych substancji niż przypuszczano.
      Jednak Szwajcarów najbardziej zaskoczył i zmartwił fakt, że wykorzystuje się tak wiele potencjalnie niebezpiecznych substancji. Kontakt z takimi substancjami może mieć negatywny wpływ na zdrowie konsumentów, pracowników fabryk plastiku oraz na środowisko. Wpływają one też negatywnie na proces recyklingu, jego bezpieczeństwo i jakość przetworzonego plastiku.
      Nie można jednak wykluczyć, że potencjalnie niebezpiecznych jest znacznie więcej substancji. Szwajcarzy zauważają, że 4100 (39%) chemikaliów, które zidentyfikowali w plastikach, nie zostało nigdzie zakwalifikowanych pod względem bezpieczeństwa.
      Uczeni zbierali dane do swojej pracy przez ponad 2,5 roku. W tym czasie przeanalizowali ponad 190 publicznie dostępnych źródłem informacji z instytucji badawczych, przemysłu oraz źródeł urzędowych. Znaleźliśmy wiele luk w tych danych. Braki dotyczyły szczególnie opisu substancji i ich konkretnych zastosowań. To zaś negatywnie wpływa na możliwość podjęcia przez konsumenta decyzji, co do plastiku, jaki chce używać.
      Wyniki badań zostały opisane w artykule Deep Dive into Plastic Monomers, Additives, and Processing Aids.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...