Autonomer Dehnbarer Patch Analysiert Sofort Tödliche Herzrhythmusstörungen

Die Forscher sind der Ansicht, dass dies in medizinischen Notfällen, bei denen Verzögerungen Bedeutung sein können. Um die Leistungsfähigkeit zu demonstrieren, hat das Team das Gerät mit Daten zur kardialen Kartierung getestet, die mit ventrikulärer Flimmern verbunden sind – einer gefährlichen Herzrhythmusstörung, die unbehandelt tödlich enden kann.

Das dehnbare Array erkannte abnormale elektrische Wellenfronten im Herzen mit einer Genauigkeit von 99,6 Prozent, selbst wenn es auf mehr als das eineinhalbfache seiner ursprünglichen Länge gedehnt wurde.

Fortschritte bei dehnbaren Schaltkreisen Die Arbeit adressiert eine zentrale Herausforderung in der tragbaren Elektronik: die Entwicklung, die bei Biegung wie menschliche Haut stabil bleibt.

Was die Studie zeigt

Die Forscher fertigten das Gerät mit organischen elektrochemischen Transistoren an, die Signale sowohl über elektrische Ströme als auch über Ionenbewegung durch eine gelartige Elektrolytschicht verarbeiten.

Der Elektrolyt verleiht den Transistoren zudem eine speicherähnliche Eigenschaft, die es ihnen ermöglicht, Informationen über längere Zeiträume hinweg zu behalten. Die Herstellung solcher Systeme mit hoher Dichte erwies sich jedoch als schwierig, da das weiche Elektrolytmaterial sich wie eine Flüssigkeit ausbreiten und Kurzschlüsse verursachen kann.

Herkömmliche Chip-Herstellungsverfahren bergen zudem die Gefahr, die flexible Oberfläche zu beschädigen. Das Team löste dieses Problem, indem es ein Polymergel entwickelte, das bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht in präzise Muster aushärtet.

Was die Studie zeigt

Der Prozess ermöglichte die Herstellung 10.000 Transistoren pro Quadratzentimeter auf dehnbaren Oberflächen. „Die Frage war, ob wir die Eigenschaften dieser Polymere nutzen oder verändern können, um sie mit der Photolithografie kompatibel zu machen – dem wichtigsten Strukturierungsmethoden in der Mikroelektronik-Industrie", sagte Sihong Wang, Associate Professor für Molekularingenieurwesen an der University of Chicago und Co-Seniorenautor der Studie.

Die Forscher erklärten, dass die Hardware für neuromorphes Computing konzipiert wurde, bei dem elektronische Systeme bestimmte Funktionen des menschlichen Gehirns nachahmen.

Schnellere Herzdaten Das Team testete zudem ein in das Gerät integriertes neuronales Netzwerk zur Bewertung des Herzinfarktrisikos unter Verwendung persönlicher Gesundheitsdaten, darunter Cholesterinwerte, Blutzuckerspiegel, EKG-Ableitungen und die maximale Herzfrequenz. Während der Tests erreichte das System eine Genauigkeit von 83,5 %.

Technischer Hintergrund

Die Forscher geben an, dass die Technologie zukünftig tragbare Systeme unterstützen könnte, die nicht nur Gesundheitszustände erfassen, sondern diese direkt am Körper analysieren und darauf reagieren. „Dies ist eine Situation, in der eine Fernberechnung nicht praktikabel ist; sie dauert einfach zu lange", sagte Wang. „Aber wenn ein Rechengerät vorhanden ist, das die Analyse innerhalb des Körpers durchführen kann, wäre dies möglich." Wangs Team arbeitet derzeit daran, die Rechenarrays mit dehnbaren drahtlosen Kommunikationssystemen und verbesserten Sensoren zu integrieren, um vollständig vernetzte, körperverträgliche Gesundheitsplattformen zu schaffen. „Anstatt Daten an einen entfernten Server zu senden, können wir beginnen, sie dort zu interpretieren, wo das Leben stattfindet", sagte Fangfang Xia, Computerwissenschaftlerin am Argonne National Laboratory und Co-Seniorenautorin der Studie.

Die Studie wurde in der Zeitschrift Nature Electronics veröffentlicht.