پیشرفت در الکترونیک انعطاف پذیر برای پانکوراس های مصنوعی راحت تر

مدیریت دیابت نوع 1 نیاز به هوشیاری مداوم دارد - نظارت بر گلوکز خون، محاسبه دوز انسولین و تنظیم برای وعده های غذایی، فعالیت و استرس.برای دهه ها، ابزارهای استاندارد دارای متر های سوزناک، قلم های انسولین و پمپ های معمولی هستند، اما یک تکنولوژی شناخته شده به عنوان پانکراس مصنوعی (AP) به عنوان یک راه حل تحول آمیز ظهور کرده است، تحویل انسولین بر اساس سنسور خواندن واقعی، در حالی که اغلب وعده داده شده است که بدن سخت افزاری و سخت تر است، مانند کاهش زمان طبیعی و انعطاف پذیر است، مانند کاهش زمان مداوم و سیستم های طبیعی آن، و کاهش می شود.

این مقاله بررسی می کند که چگونه پیشرفت در الکترونیک انعطاف پذیر، باعث کاهش راحتی، قابلیت استفاده و عملکرد پوشیدنی های مصنوعی پانکراس می شود و این به معنای میلیون ها نفر از افراد مبتلا به دیابت در سراسر جهان است.

یک پانکوم مصنوعی چیست؟

یک سیستم پانکراس مصنوعی، که یک سیستم حلقه بسته هیبریدی نیز نامیده می شود، سه جزء کلیدی را ترکیب می کند: یک مانیتور گلوکز مداوم (CGM)، پمپ انسولین و یک الگوریتم کنترل که به طور خودکار تحویل انسولین را بر اساس خواندن CGM تنظیم می کند، هدف این است که عملکرد یک پانکراس سالم را تقلید کند - نگه داشتن گلوکز خون در محدوده هدف با حداقل مداخله کاربر.

سیستم های فعلی، مانند Medtronic’s Minimed 780G، Tandem’s Control-IQ، و سیستم حلقه باز منبع، مزایای بالینی قابل توجهی را نشان داده اند، از جمله افزایش زمان در محدوده و کاهش هیپوگلیسمی بدن، تجربه کاربر هنوز توسط فرم فیزیکی دستگاه های خواب مختل می شود. CGM نیاز به یک فرستنده سفت و سخت در هر چسب ورزشی، نوار دید و یا نوار تیز کردن یک دستگاه است که می تواند به آن را نشان دهد و یا به وضوح یک نوار پوست را در آن را انجام دهد.

چرا انعطاف پذیری برای دستگاه های پزشکی قابل تحمل اهمیت دارد

بدن انسان مسطح و سفت نیست - خم می شود، کشش و حرکت به طور مداوم الکترونیک سنتی ساخته شده در سیلیکون و تخته های مدار سفت و سخت نمی توانند با این سطوح پویا مطابقت داشته باشند بدون ایجاد ناراحتی یا خرابکاری الکترونیکی انعطاف پذیر، در مقابل، در بسترهای خم مانند پلی، پلی اتیلن tephthalate (PET)، یا فلز نازک، و فویل اغلب حمل و نقل مکانیکی، حتی اجازه می دهد تا از این دستگاه کشش بیشتر استفاده کنند.

برای یک پوشیدنی مصنوعی، انعطاف پذیری به طور مستقیم به راحتی بهبود یافته، اختیار بیشتر و تماس قابل اعتماد سنسور-تضبط - که به نوبه خود می تواند دقت اندازه گیری و کارایی تحویل انسولین را افزایش دهد، هنگامی که یک دستگاه خم می شود و با پوست امتداد می یابد، نقاط فشار را کاهش می دهد و به حداقل می رسد آثار حرکتی که می تواند با خواندن گلوکز تداخل داشته باشد، علاوه مواد انعطاف پذیر می تواند برای تنفس و سبک سازی طولانی مدت آنها را به طور واقعی خاموش کند؛ فقط سیستم های انعطاف پذیر است.

نوآوری های اخیر در Pancreas Wearables

در طول چند سال گذشته، تیم های تحقیقاتی در سراسر جهان پیشرفت قابل توجهی در توسعه اجزای انعطاف پذیر به طور خاص برای سیستم های AP انجام داده اند.این نوآوری ها شامل سنسور ها، مکانیسم های تحویل و واحدهای کنترل است که هر کدام هدف یک سیستم یکپارچه و راحت را پیش می برند.

سنسور های Glucose انعطاف پذیر

سنسورهای CGM از یک الکترود سفت و سخت سوزن که تحت پوست قرار می گیرند استفاده می کنند، با یک مسکن فرستنده سخت در بالای سنسور های انعطاف پذیر جدید، بسترهای نازک و قابل خم را با الکترودهای چاپ شده یا رسوب شده که می توانند با استفاده از الکترود های سفت و سخت پوست، برای مثال، محققان در دانشگاه کالیفرنیا، سان دیگو یک پچ سنسور لایه ای را توسعه داده اند که از سنسور سیم کشی استفاده می کند تا بتواند به اندازه گیری مایع قابل توجه متصل شود، برای حذف دقیق مایع کوچک، برای این روش پردازش مایع، به اندازه گیری مایع، به اندازه گیری کند.

گروه های دیگر در حال بررسی ترانزیستورهای الکتروشیمیایی آلی (OECTs) هستند که سیگنال گلوکز را به طور مستقیم در محل سنجش تقویت می کنند، کاهش سر و صدا و بهبود زمان پاسخ، این سنسور های انعطاف پذیر نه تنها درد و تحریک را کاهش می دهند، بلکه ارتباط بهتری با بافت در طول حرکت دارند، که منجر به کاهش کمتر و داده های سازگار تر می شود.

دانلود بازی موبایل های Squable انسولین Delivery Patches

تحویل انسولین همچنین از دستگاه های الکترونیکی انعطاف پذیر بهره مند شده است. پمپ های انسولین سنتی از یک کانولا سفت و سخت استفاده می کنند (۱) که به یک بافت زیر پوستی متصل شده است، به یک بدنه پمپ بزرگ متصل شده است. پچ انسولین وصل شده کانال های میکروفلوئیدیک، میکروپپپپپپپپپپک و مخازن را به یک سیستم حمل و نقل ساده و سازگار می کند که مانند یک باند بزرگ به پوست متصل می شود.

این پچ ها باعث حذف وان خارجی، کاهش بار تغییرات سایت و اجازه دادن به کاربران برای پوشیدن دستگاه در مکان های کمتر مزاحم مانند شکم، بازو، یا ران می شود. ادغام توابع متعدد به یک پلت فرم انعطاف پذیر ساده تجربه کاربر و کاهش خطر قطع تصادفی است. تحقیقات Ongoing بر افزایش ظرفیت انسولین و بهبود قابلیت اطمینان بیشتر در طول دوره های طولانی مدت متمرکز است.

واحدهای کنترل نرم و ماژول های پردازش

مغز یک پانکراس مصنوعی – الگوریتمی که تصمیم می گیرد چه زمانی و چه مقدار انسولین برای تحویل – باید در یک پردازنده پایدار و قابل اعتماد قرار گیرد، پیشرفت های اخیر مدارهای یکپارچه انعطاف پذیر با استفاده از ترانزیستورهای نازک ارگانیک فیلم (OTFTs) یا چاپ الکترونیکی را تولید کرده اند.این پردازنده ها می توانند به طور مستقیم در پچ نرم جاسازی شوند، کاهش نیاز به یک غلاف جداگانه.

رویکرد دیگر از الکترونیک هیبریدی انعطاف پذیر استفاده می کند، که در آن تراشه های سفت و سخت بر بستر های انعطاف پذیر نازک و نصب می شوند، ترکیب قدرت محاسباتی سیلیکون با انطباق مکانیکی بستر، این روش اجازه می دهد تا الگوریتم های کنترل موجود به طور مستقیم به سیستم عامل های انعطاف پذیر بدون قربانی کردن تکنیک های ساخت، این واحدهای کنترل نرم کوچکتر، کارآمد تر و توانمند تر شوند، که به طور کامل بسته می شوند.

مزایای الکترونیک انعطاف پذیر در Pancreas Wearables

تغییر از الکترونیک سفت و سخت به انعطاف پذیر، یک آبشار از مزایای عملی برای افراد مبتلا به دیابت به ارمغان می آورد.این مزایا در سراسر راحتی، نتایج بالینی و کیفیت زندگی گسترش می یابد.

  • راحتی و قابلیت پوشیدن را تحمل کنید: دستگاه های انعطاف پذیر باعث فشار کمتر، خارش و تحریک پوست می شوند.آنها در طول ورزش، خواب و فعالیت های روزانه با بدن مطابقت دارند، و 24/7 پوشیدن بسیار بیشتر قابل تحمل است.
  • سازگاری بهبود یافته: هنگامی که یک دستگاه راحت و بدون مزاحم است، کاربران احتمال بیشتری دارد که آن را در ادامه استفاده مداوم برای حفظ کنترل گلیسمیک حیاتی است - مطالعات نشان می دهد که حتی شکاف های کوتاه در CGM می تواند منجر به متنوع سازی گلوکز بالاتر شود.
  • تحرک و سبک زندگی فعال بزرگ تر: یک پچ نرم و کشش ناپذیر حرکت یا گرفتن در لباس را محدود نمی کند. کاربران می توانند شنا، دویدن، یوگا تمرین کنند یا بدون نگرانی در مورد بی نظمی دستگاه یا آسیب، این آزادی به ویژه برای کودکان و بزرگسالان فعال که نیاز به مدیریت دیابت بدون محدود کردن فعالیت های خود دارند، درگیر شوند.
  • نظارت بر دیسک: پچ های نازک، پوست و پوست به مراتب کمتر در لباس نسبت به فرستنده ها و پمپ های بزرگ قابل مشاهده هستند، این باعث کاهش ننگ اجتماعی می شود و به کاربران اجازه می دهد تا دیابت خود را به طور خصوصی، به ویژه در تنظیمات حرفه ای یا اجتماعی مدیریت کنند.
  • دقت سنسور بهبود یافته: ارتباط سازگاری بین سنسور و پوست باعث کاهش مصنوعات حرکتی می شود و دسترسی مداوم به مایع بین المللی را تضمین می کند، که منجر به خواندن گلوکز قابل اعتماد تر و درخواست های کالیبراسیون کمتری می شود.
  • نخ های پوستی قرمز شده: مواد انعطاف پذیر می توانند مهندسی شوند تا قابل تنفس، هیپوallerogenic، و قابل استفاده برای بخار رطوبت باشند، این خطر ابتلا به dermatitis تماس، maceration و سایر مسائل پوستی رایج مرتبط با سایش طولانی مدت را به حداقل می رساند.

چالش های در مواجهه با سیستم های انعطاف پذیر الکترونیکی AP

علی رغم وعده، چندین موانع قبل از تبدیل شدن به پوشیدنی های مصنوعی انعطاف پذیر باقی مانده است، این چالش ها نیازمند تلاش هماهنگ از دانشمندان مواد، مهندسان، پزشکان و تنظیم کنندگان هستند.

قابلیت های دور بودن و طولانی مدت

الکترونیک انعطاف پذیر باید در برابر خم شدن مکرر، کشش و قرار گرفتن در معرض عرق، نوسانات دما و نور UV بدون درجه بندی عملکرد مقاومت کند. مواد آلی فعلی می توانند در طول زمان خسته شوند و اتصالات فلزی ممکن است تحت استرس چرخه ای شکسته شوند، محققان در حال بررسی پلیمرهای خود هستند و کپسوله های رفتار انعطاف پذیر برای بهبود عمر دستگاه هستند.

قابلیت سازگاری و ایمنی پوست

تمام مواد موجود در تماس با پوست یا وارد شده در بدن باید به طور کامل برای سمیت، واکنش های آلرژیک و ایمنی بلند مدت مورد آزمایش قرار گیرد، در حالی که بسیاری از بستر های انعطاف پذیر (به عنوان مثال، سیلیکون های پزشکی درجه پزشکی، پلی تکنیک های بالینی و مواد نانوی مانند نانوالکترونیک یا نانوسیم های نقره نیاز به ارزیابی دقیق دارند - همه مواد اولیه و مصرف کننده مواد اولیه از داده ها و مواد بالینی را تضمین نمی کند.

تأمین برق و بهره وری انرژی

پردازنده های انعطاف پذیر کمتر از همتایان سفت و سخت خود بهره مند هستند.قدرت یک سنسور، الگوریتم کنترل و موتور پمپ برای چندین روز بدون شارژ یک چالش مهندسی قابل توجه است. پچ های فعلی اغلب به باتری های کوچک و سلول های سکه ای که باعث اضافه کردن عمده و محدود کردن عامل فرم در باتری های نازک فیلم، سوپر خازن ها و برداشت انرژی (به عنوان مثال، AP، یا نیروی محرکه) می شوند، اما بررسی سیستم های حمل و نقل و نقل و انتقال انعطاف پذیر، اما برخی از سیستم های پیشرفته، هنوز به برخی از سیستم های پیشرفته دسترسی ندارند.

انتقال داده ها و اتصال

بسیاری از سیستم های AP به طور بی سیم با یک گوشی هوشمند یا گیرنده اختصاصی ارتباط برقرار می کنند. الکترونیک انعطاف پذیر باید بلوتوث قابل اعتماد، کم قدرت یا آنتن های ارتباطی نزدیک به میدان (NFC) را بدون انعطاف پذیری به خطر اندازد. حفظ یک لینک بی سیم پایدار در حالی که دستگاه خم شدن و کشش غیر بخار است، علاوه بر این، امنیت داده ها و حریم خصوصی باید مورد توجه قرار گیرد، زیرا تصمیمات تحویل انسولین به طور فزاینده ای توسط الگوریتم های یکپارچه طراحی یکپارچه شده است.

استاندارد سازی و ساخت مقیاس پذیری

تولید دستگاه های الکترونیکی انعطاف پذیر در مقیاس با کیفیت ثابت همچنان گران و فنی خواستار. برخلاف ساخت تراشه سیلیکون، که از دهه ها اصلاح بهره می برد، فرآیندهای تولید برای چاپ چاپ شده یا ارگانیک هنوز در حال تکامل هستند. Yield نرخ، هزینه در هر واحد، و پروتکل های تست نیاز به بهبود قبل از سیستم های انعطاف پذیر AP می تواند با دستگاه های موجود در قیمت و قابلیت اطمینان رقابت کنند.

مسیر های آینده و تحقیقات نوظهور

آینده الکترونیک انعطاف پذیر در مدیریت دیابت روشن است، با نوآوری در علوم مواد، میکروساختگی و هوش مصنوعی، چندین راه هیجان انگیز وعده می دهد تا آرامش و توانایی پوشیدنی های مصنوعی پانکراس را افزایش دهد.

BLOD و غیر قابل حل الکترونیک

یک راه تحقیقاتی جذاب شامل الکترونیک است که می تواند پس از استفاده در بدن به طور ایمن تجزیه شود، حذف نیاز به حذف، چنین دستگاه هایی می تواند به طور موقت برای نظارت شدید یا تحویل دارو، پس از آن بدون ردیابی حل شود.برای پانکراس مصنوعی، این ممکن است به معنای یک سنسور داخلی است که پس از یک دوره از پیش تعیین شده، کاهش واکنش های بدن خارجی و مطالعات جراحی اولیه با استفاده از فلزات تجزیه و تحلیل شده، اما به احتمال زیاد ثابت شده است.

خود-C طالبانing و سنسور های وابسته به AI

الگوریتم های یادگیری ماشین می توانند داده های سنسور را برای تشخیص حرکت پردازش کنند، خواندن های کالیبره شده به طور خودکار و حتی پیش بینی خرابی سنسور قبل از وقوع آن. یکپارچه سازی این الگوریتم ها به پردازنده های انعطاف پذیر، دستگاه هایی را فعال می کند که دقت را بدون نیاز به کاربر برای انجام کالیبراسیون های انگشتان دوره ای، علاوه بر این، AI می تواند پروفایل های تحویل انسولین را بر اساس فعالیت، استرس و الگوهای خواب، بهینه سازی کند، زیرا آنها واقعاً انعطاف پذیر هستند.

کاملاً یکپارچه، بسته شده – Loop Patchs

گلبک مقدس یک پچ تک و قابل مصرف است که حاوی سنسور گلوکز انعطاف پذیر، یک مخزن انسولین، میکروپرها، مدار کنترل و یک منبع کوچک قدرت است - همه نرم و پراکنده است. چندین گروه علمی و استارتاپ ها در حال پیگیری این چشم انداز هستند. A 2023 مقاله در پیشرفت علم یک نمونه اولیه نشان داد که کنترل یکپارچه بر روی یک نوار ضخیم، یک بار از کنترل کننده های غذایی، انتظار می رود.

تحویل دو بعدی و چند بعدی

هنگامی که این پلت فرم کامل شود، همان الکترونیک انعطاف پذیر می تواند هورمون های دیگر مانند گلوکاگون برای جلوگیری از هیپوگلیسمی شدید یا حتی کنترل حلقه بسته برای مدیریت دیابت نوع 2 را ارائه دهد، این برنامه گسترده تر می تواند بازارهای جدید و مقیاس تولید را باز کند، سیستم های دو هورمون نیاز به مزایای بالینی در کاهش هیپوگلیسمی، و پچ انعطاف پذیر است که می تواند مدیریت چندین جایگزین را ساده کند، به علاوه بر این، انتقال دارو، می تواند به عنوان شرایط مداوم سازگار شود.

نتیجه گیری

همگرایی الکترونیک انعطاف پذیر با تکنولوژی پانکراس مصنوعی نشان دهنده یک تغییر پارادایم در مراقبت از دیابت است، با جایگزینی اجزای سفت و سخت، ناراحت کننده با پوشیدنی های نرم، سازگار و محرمانه، این پیشرفت وعده می دهد تا مدیریت 24/7 گلوکز بسیار قابل تحمل تر - و بنابراین بیشتر موثر است.در حالی که چالش های در دوام، قدرت، و تولید باقی مانده است، سرعت نوآوری تسریع می شود، زیرا تحقیقات به محصولات ترجمه می شود، با افراد دیابتی می تواند به دنبال آنها حتی کمتر از آن باشند، بلکه به آنها اطمینان باشند، حتی برای حفظ برخی از آن ها حتی برای حفظ برخی از آن ها، بلکه حتی برخی از آن استفاده کنند.

برای مطالعه بیشتر در مورد مزایای بالینی سیستم های حلقه بسته، به انجمن دیابت آمریکایی و JDRF مراجعه کنید، برای آخرین در فن آوری سنسور انعطاف پذیر، طبیعت مواد :5] بررسی جامع در مورد به روز رسانی های صنعت پوشیدنی نیز می تواند از طریق دستگاه های فناوری های پوشیدنی یافت شود.