تاثیر سنسور های مبتنی بر گرافن در Cardiac Arrhythmia

آریتمی های قلب کارزیک – ریتم های قلب منظم از ناراحتی های بی ضرر به شرایط تهدید کننده زندگی مانند فیبریتاسیون و تاکیکاردیا – میلیون ها نفر از مردم در سراسر جهان را به عنوان تشخیص سریع و دقیق برای جلوگیری از سکته مغزی، نارسایی قلبی و مرگ ناگهانی قلب حیاتی است در حالی که الکتروکاردیوگرام (ECG) همچنان دارای حساسیت استاندارد کربن است، شناسایی مداوم آن است:

درک Cardiac Arrhythmias

Arrhythmias زمانی اتفاق می افتد که محرک های الکتریکی که عملکرد ضربان قلب را هماهنگ می کنند، باعث می شود قلب به سرعت، بسیار آهسته، یا به طور نامنظم، انواع رایج شامل یک فیبریتاسیون جانبی (AFib)، که اغلب بر روی یک فاصله تخمین زده شده 33.5 میلیون نفر در سراسر جهان تاثیر می گذارد و خطر سکته مغزی را پنج برابر افزایش می دهد - مانند bradycardia، و نظارت بر انقباضات اولیه - همچنین ممکن است این محدودیت های تشخیص مداوم را نشان دهد.

سنسور های مبتنی بر گرافن چیست؟

گرافن یک ماده دو بعدی متشکل از اتم های کربن است که در یک شبکه هیکساگونال تنظیم شده است.ساختار منحصر به فرد آن خواص قابل توجهی را ارائه می دهد: 200 برابر قوی تر از فولاد با وزنهارد است، برق را سریعتر از مس تنظیم می کند و به طور شگفت انگیزی انعطاف پذیر است.هنگامی که در سنسورها استفاده می شود، گرافن می تواند تغییرات دقیقه در زمینه های الکتریکی، فشار، یا سیگنال های بیوشیمیایی را تشخیص دهد.

چگونه سنسور گرافن برای تشخیص Arrhythmia کار می کند

سنسورهای گرافن بر اساس اصل تغییرات در مقاومت الکتریکی یا خازن در هنگام قرار گرفتن در معرض سیگنال های فیزیولوژیکی عمل می کنند.در یک تنظیم معمولی، یک لایه گرافن بر روی یک بستر انعطاف پذیر (به عنوان مثال، پلیید یا PDMS) سپرده می شود و هنگامی که بر روی پوست قرار می گیرد، این الکترود ها پتانسیل الکتریکی قلب را تشخیص می دهند.

مزایای سنسور گرافن در فن آوری های متعارف

حساسیت بی نظیر

خواص الکتریکی استثنایی گرافن آن را قادر می سازد تا سیگنال های بسیار ضعیف را تشخیص دهد.در تشخیص آریتمی، این بدان معنی است که گرفتن قسمت های گذرا مانند ضربه های زودرس یا اجرای کوتاه فیبرهای میتوکندری که الکترودهای سنتی ممکن است از دست بدهند، نشان می دهد که الکترودهای مبتنی بر گرافن به نسبت سیگنال به 40dB، در مقایسه با ~20-30 برای تشخیص حساسیت به نویز تجاری، به ویژه Pdb، تشخیص امواج مفید است.

انعطاف پذیری و راحتی برای لباس های مداوم

الکترودهای پزشکی متعارف هستند و نیاز به ژل چسب دارند که پوست را بیش از حد استفاده طولانی مدت تحریک می کنند. سنسورهای گرافن، بر روی بستر های انعطاف پذیر مانند پلیمرهای فوق العادهin یا پارچه های نساجی چاپ شده اند، مطابق با خطوط بدن بدون به خطر انداختن کیفیت سیگنال، این راحتی به بیماران اجازه می دهد تا آنها را برای روزها یا هفته ها بدون ناراحتی، آسان کردن نظارت طولانی مدت بر یک گرافت معمولی - بدون نظارت بر چسب های ضدعفونی کننده ثابت شده است.

قابلیت زیست محیطی و ایمنی

گرافن ذاتا سازگار با زیست است، به این معنی که واکنش های سمی یا آلرژیک را در هنگام تماس با پوست یا بافت ایجاد نمی کند، این برای دستگاه های پزشکی که برای استفاده طولانی مدت در نظر گرفته شده اند، مهم است، برخلاف الکترودهای فلزی، گرافن یا باعث واکنش های پوستی نمی شود، علاوه بر این، بی سوادی شیمیایی آن عملکرد پایدار را حتی در حضور عرق یا مایعات تحقیقات بدن در کاشت های مبتنی بر گرافن، تضمین می کند.

مینیاتوراسیون و ادغام

گرافن می تواند به ساختارهای کوچک الگوبرداری شود، که امکان ایجاد سنسورهای کوچک و غیر مزاحم را فراهم می کند که به طور یکپارچه به دستگاه های پوشیدنی مانند ساعت هوشمند، پچ ها یا حتی لباس متصل می شوند، به عنوان مثال، محققان در دانشگاه منچستر یک پچ ECG گرافن را توسعه داده اند که بزرگتر از یک باند-Aid، قادر به انتقال داده های بی سیم است.

تاثیر بر سلامت: نظارت از راه دور و مداخله زود

پذیرش سنسورهای مبتنی بر گرافن در دستگاه های پوشیدنی، مراقبت های قلبی مداوم و زمان واقعی خارج از محیط های بالینی، بیماران را قادر می سازد تا سلامت قلب خود را پیگیری کنند و به ارائه دهندگان مراقبت های بهداشتی خطرناک هشدار دهند، زیرا این تغییر از اپیزودی برای نظارت مداوم به ویژه برای مدیریت شرایط مزمن مانند AFib. آمریکایی انجمن قلب [۳] اکنون یک گرافت طولانی مدت را ارائه می دهد و توصیه می کند تا بیماران به طور مداوم برای نظارت بر وضعیت های جراحی و آسیب پذیر شوند.

کاهش تاخیرهای تشخیصی

Arrhythmias اغلب paroxysmal هستند - تزریق غیر قابل پیش بینی.A استاندارد 24 ساعته Holter مانیتور ممکن است یک رویداد را ثبت نکند، که منجر به تشخیص تاخیر می شود. پوشیدنی های مبتنی بر گرافن می توانند به طور مداوم برای هفته ها ثبت نام کنند؛ به طور چشمگیری افزایش احتمال ابتلا به آریتمی متناوب. داده ها می تواند در زمان واقعی با استفاده از الگوریتم های یادگیری ماشین تجزیه و تحلیل شود، که به ویژه هنگامی که به طور موثر از یک نمودار تجزیه و تحلیل می شوند.

توانمندسازی بیماران و کاهش هزینه های بهداشتی

نظارت مستمر مسئولیت را به بیماران تغییر می دهد، تشویق تعامل فعال با سنسورهای گرافن قابل تحمل می تواند با برنامه های تلفن هوشمند همگام سازی کند تا بازخورد بصری، گزارش های روند و هشدار را ارائه دهد.این نه تنها پایبندی را بهبود می بخشد، بلکه همچنین بار در سیستم های سنسور بهداشتی را کاهش می دهد، بازدید از اتاق اورژانس برای تسکین زیردستان می تواند اجتناب شود زمانی که بیماران نظارت قابل اعتماد به خانه دارند.

چالش های فعلی و محدودیت ها

علی رغم وعده آنها، سنسورهای مبتنی بر گرافن قبل از تصویب بالینی گسترده مواجه موانع پیش از تولید مقیاس پذیر، گرافن با کیفیت بالا در یک روش بازتولیدی دشوار است.ک.ک.ن می تواند عملکرد مکانیکی قابل استفاده را کاهش دهد، علاوه بر این، پردازش سیگنال چالش برانگیز است: در حالی که سنسورهای گرافن سیگنال های خام با کیفیت بالا را تولید می کنند، مصنوعات متحرک - با این حال کاهش نیاز به الگوریتم های فیلتر کردن طولانی مدت است، اما نیاز به تنظیم مجدد از مقاومت مکانیکی، و تنظیم مجدد دارند، اما مانند تنظیم مجدد دارند، اما نیاز به آن دارند، اما نیاز به عنوان سوخت های مجاز است.

چشم انداز آینده

آینده گرافن در تشخیص آریتمی گسترش می یابد فراتر از پوشیدنی ها. محققان در حال بررسی دستگاه های گرافن قابل ایمپلنت برای نظارت بر بیماران پس از عمل واقعی یا کسانی که با کارورتر-defibrillators ایمپلنت (ICD) هستند، سیم های کلینیکی گرافن همچنین تحریکات قلبی را قادر می سازد، به طور بالقوه درمان های جدید برای اختلالات ریتم پیشرفته در نظارت بر فیبروز های صوتی - حتی با استفاده از اکسیژن های واقعی، نظارت بر سرعت 5G.

نتیجه گیری

سنسورهای مبتنی بر گرافن نشان دهنده یک تغییر پارادایم در تشخیص و مدیریت آریتمی های قلبی است. حساسیت برتر آنها، انعطاف پذیری، راحتی و بی تحرکی به محدودیت های روش های نظارت سنتی، امکان ردیابی مداوم و طولانی مدت که می تواند ریتم های خطرناک را در اوایل تولید، تنظیم قلب و هزینه، مسیر روشن است: گرافن نقش مرکزی کمتری در مراقبت های شخصی سازی بعدی ایفا می کند، همانطور که چالش های مربوط به رشد و پیشرفت از محصولات زندگی شخصی سازی، به رشد می کنند.