より快適な人工的な膵臓の身につけられるのための適用範囲が広い電子工学の進歩

より快適な人工的な膵臓の身につけられるのための適用範囲が広い電子工学の進歩

型を管理する 1 糖尿病は一定の警戒を必要とします。-血糖を監視し、インシュリンの線量を計算し、食事、活動および圧力のために調節します。 10 年間、標準的な用具は指棒メートル、インシュリンのペンおよび慣習的なポンプです。 しかし、人工的な膵臓(AP)として知られている技術は、リアルタイムセンサーの読書に基づいてインシュリンの配達を自動化しました。 初期 AP システムが、より効果的に改善されたように、より少なく、ボディがより少なく、より有効におよびボディを吸収するような、より低い装置はより少なくなります。

この記事では、フレキシブルエレクトロニクスの進歩が、人工膵障のウェアラブルの快適さ、有用性、性能を再定義する方法を探求し、これは世界中の糖尿病と暮らす人々の数百万の手段です。

人工膵臓とは何ですか?

人工的な膵臓システム、また雑種の閉鎖ループ システムと呼ばれる、三つの主要なコンポーネントを結合して下さい:連続的なブドウ糖のモニター(CGM)、インシュリン ポンプおよび制御アルゴリズムはCGMの読書に基づいてインシュリン配達を自動的に調節します。目的は健康な膵臓の機能を模倣することです-最低のユーザー介入のターゲット範囲内の血ブドウ糖を維持します。システムは実時間ブドウ糖データを使用してユーザーを指示し、そして正確な線量を削減するために、ユーザーの決定を削減します。

MedtronicのMiniMed 780G、TandemのControl-IQおよびオープンソースのループ システムのような現在のシステムは、範囲の高められた時間を含む重要な臨床利点を、および低血糖を削減しました。しかし、ユーザー経験は依然として装置の物理的な形態によって妨げられます。CGMsは付着力のパッチで、インシュリン ポンプにクリップされるべきシャーシがまたはポケットに、管およびdisacterの点検装置を引っ張る必要がありま。これらの調査は、より多くのプロダクトおよび点検装置を点検する、または点検する点検および点検の点検の点検の点検の点検を要求します。

なぜ柔軟性は身につけられる医療機器のためのマット

人体は平らで剛性が大きいものではなく、曲げ、伸張、そして絶えず動きます。シリコンウエファーと硬質なサーキットボード上に構築された従来の電子機器は、不快感や気晴らしを引き起こしずにこれらのダイナミックな表面に合致することができません。対照的に、柔軟で、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート(PET)、または薄肉の金属箔などの曲げ可能な基質に組み立てられ、しばしば伸張可能な相互連結を組み込むことができます。これにより、デバイスは、よりストレスを増やすことができ、さらには、より機械的な肌を配備することができます。

人工膵臓の着用可能で柔軟性は、直接改善された快適さ、より大きな裁量に翻訳し、より信頼性の高いセンサー・ティッシュ・コンタクトを変換することで、測定精度とインスリンの配信効率性を高めます。デバイス・ベンドと皮膚にストレッチするとき、圧力ポイントを減らし、グルコース読書を妨げることができるモーションアーティファクトを最小限に抑えます。また、柔軟な材料は通気性と軽量で、長期的な摩耗に理想的にすることができます。 柔軟性は、まさにこのプラットフォームを閉じることができないためです。

人工膵ウェアラブルの最近の革新

過去数年間、世界各地のリサーチチームは、APシステム向けに特別にカスタマイズされたフレキシブルコンポーネントを開発する上で注目すべき進歩を遂げてきました。これらのイノベーションは、センサー、配信メカニズム、および制御ユニットを幅広く展開し、それぞれが統合的で快適なシステムの実現に向けて取り組んでいます。

適用範囲が広いグルコース センサー

従来のCGMセンサーは、皮膚の下にある硬い針状電極を使用しており、上部に硬質トランスミッターハウジングが搭載されています。新しいフレキシブルセンサーは、皮のマイクロ輪郭に合わせることができる、印刷または堆積された電極で薄く、曲げやすい基質を採用しています。例えば、カリフォルニア大学の研究者は、グラフェンベースの電極を使用して、直角流体を高精度に測定する伸縮式センサーパッチを開発しました。パッチは柔らかく、通気性があり、また、重度の干渉を防止するためには、重ね合わせる必要もありません。

他のグループは、センシングサイトに直接グルコース信号を増幅し、騒音を減らし、応答時間を改善する有機電気化学トランジスタ(OECT)を探求しています。 これらの柔軟なセンサーは、痛みや刺激を低減するだけでなく、動きの間に組織とより良い接触を維持し、より少ないドロップアウトとより一貫したデータをもたらします。 ソフト素材と高度なトランスダクション方法の組み合わせは、ユーザー快適さを飛躍的に改善しながら、新しいレベルにCGMの精度をプッシュしています。

伸縮インシュリン配達パッチ

インシュリンの配達はまた適用範囲が広い電子工学から寄与しました。従来のインシュリン ポンプは扱いにくいポンプ ボディに、接続されるsubcutaneousティッシュに、付けられた堅いcannulaを使用します。新しい伸張性のインシュリンのパッチはmicrofluidicチャネル、micropumpsを統合し、そして柔らかい、大きい包帯のような皮に付着する合わせ可能なプラットホームにreservoirsを、従います。ある設計によっては電気的に制御された水ゲルのアクチュエーターか形のmemoryの合金が液体の破片を変形させる必要としないで、Acreaを確かめる必要としません。

これらのパッチは、外部チューブを排除し、サイトの変更の負担を軽減し、ユーザーが腹部、腕、または太もなどの少ない侵入場所にデバイスを着用することができます。 複数の機能の統合は、単一のフレキシブルプラットフォームに、ユーザーエクスペリエンスを簡素化し、誤った切断のリスクを下げます。 進行中の研究は、インシュリン貯水容量の増加と拡張された摩耗期間にわたるマイクロポンプの信頼性を向上させることに重点を置いています。

ソフトコントロールユニットと加工モジュール

人工膵臓の脳 - いつ、どのくらいのインスリンが提供できるかを決定するアルゴリズム - 耐久性のある信頼性の高いプロセッサーに収容される。 最近の進歩は、有機薄膜トランジスタ(OTFT)または印刷された電子機器を使用して、柔軟な統合回路を生成しています。 これらのプロセッサは、直接ソフトパッチに埋め込まれ、別の制御ポッドの必要性を減らすことができます。 現在の柔軟なプロセッサは、シリコンチップよりも遅くなりますが、低電力、これらの自動運転を目的とする電力輸送システムには、これらのエネルギーを完全に使用するために十分な必要です。

もう一つのアプローチは、硬質チップが薄く、フレキシブル基板に取り付けられた柔軟なハイブリッド電子機器を使用して、シリコンの計算能力を基材の機械的コンプライアンスと組み合わせています。この方法は、既存の制御アルゴリズムを、性能を犠牲にすることなく、フレキシブルプラットフォームに直接移植することができます。 製造技術が成熟すると、これらのソフトコントロールユニットはより小さくなり、より効率的なようになり、完全に自律閉鎖ループパッチを有効にします。

人工膵臓のウェアラブルでフレキシブルな電子機器の利点

硬質からフレキシブルな電子機器へのシフトは、糖尿病患者にとって実用的な利点のカスケードをもたらします。これらの利点は、快適性、臨床的結果、および生活の質を拡張します。

• [ 快適性とウェアラビリティを強化:[ フレキシブルデバイスは、より少ない圧力、チャフティング、および皮膚刺激を引き起こします。 彼らは運動、睡眠、および毎日の活動の間に体に適合し、24 / 7 日常により多くの許容摩耗をします。 ユーザーは、最初の数時間後にデバイスにはほとんど気づくことを報告し、従来の硬質システムに対するスタークコントラストです。
• []改善されたコンプライアンス:[]]デバイスが快適で不順な場合、ユーザーは一貫してそれを維持する可能性が高い。 一貫性のある使用は、グリセム制御を維持するために不可欠です。 CGM摩耗の短いギャップでさえ、より高いグルコースの分散性につながる可能性があることを示しています。 柔軟な設計は、デバイスを削除する温度を減らし、それによって全体的な糖尿病管理を改善します。
• [] より優れたモビリティとアクティブライフスタイル:[ ソフトでストレッチ可能なパッチは、動きを制限したり、衣類をキャッチしません。 ユーザーは、デバイスの避難や損傷を心配せずに、スポーツを泳ぐ、実行、練習することができます。 この自由は、特に、自分の活動を制限することなく糖尿病を管理する必要がある子供やアクティブな大人にとっては特に価値があります。
• [] 監視:[]] 薄く、皮膚に貼られたパッチは、かさばりのある送信機やポンプよりも衣服の下にはるかに少ない可視性です。 これは、社会的性的視差を低下させ、特に専門家や社会的設定で、糖尿病を個人的に管理することができます。 常にある状態を思い出さない心理的利点は、過小評価されるべきではありません。
• [ センサーの精度:[ センサーと皮膚間のコンフォーマルな接触は、モーションアーティファクトを削減し、相互の流体への一貫したアクセスを確保し、より信頼性の高いグルコース読書とより少ない校正要求につながります。 柔軟なセンサーは、組織との安定した接触を維持しているため、時間の経過とともにより少ない漂流も展示します。
• 皮膚合併症:[ 軟質材料は、通気性、低刺激性、および湿気の蒸気に透過性であるように設計することができます。 これは、接触皮膚炎、マセラレーション、および長期粘着剤に関連する他の一般的な皮膚の問題のリスクを最小限に抑えます。 敏感な皮膚を持つ多くのユーザーは、従来の硬質接着剤よりもはるかに許容可能なフレキシブルパッチを見つけます。

フレキシブル電子APシステムへの挑戦

約束にもかかわらず、いくつかの障害は、柔軟で人工膵障のウェアラブルが主流になる前に残っています。 これらの課題は、材料科学者、エンジニア、臨床医、規制当局からの調整された努力を必要とします。

耐久性と長寿

フレキシブルエレクトロニクスは、性能を低下させることなく、繰り返し曲げ、伸張、汗、温度変動、UV光への曝露に耐える必要があります。現在の有機材料は、時間をかけて疲労を招くことができ、金属相互接続は、循環的ストレスの下で割れる可能性があります。研究者は、自己治癒ポリマーを探求し、デバイス寿命を向上させるために導電性インクをカプセル化しています。1週間以上、またはそれ以上の機能を確実に機能する必要があるウェアラブルのために、耐久性は非交渉可能な要件です。アクセラレーダは、その優れた性能を検証するために必要とされているコンポーネントを検証します。

生体適合性および皮膚安全

皮膚に触れたり、体に浸したりするすべての材料は、毒性、アレルギー反応、および長期的安全のために徹底的にテストされなければならない。 多くの柔軟な基質(例えば、医療グレードのシリコーン、ポリウレタン)は、短期の使用のために既に承認されているが、カーボンナノチューブや銀ナノワイヤーなどの新しいナノ材料は、厳しい評価を必要とします。 FDAの要求のような規制当局は、広範囲の予防的および臨床データ - 数千万ドルの製造元や、抗原菌剤を服用することができるプロセスが、または抗原薬を有効または抗原薬を発生させない。

電源およびエネルギー効率

フレキシブルプロセッサーは、その剛性率の対比よりもパワー効率が低いです。 再充電なしで数日間センサー、制御アルゴリズム、ポンプモータを動力として、重要なエンジニアリングチャレンジです。 現在のパッチは、多くの場合、小型、コイン電池に依存し、バルクと限界のフォームファクタを追加します。 薄膜電池、スーパーキャパシタ、エネルギー収穫(例えば、体熱や運動から)は、アクティブな調査下にあるが、まだAPシステムのための商用化できません。 いくつかのパワーは、ワイヤレストランスファーを加速します。

データ伝送とコネクティビティ

多くのAPシステムは、スマートフォンや専用の受信機とワイヤレスで通信します。 フレキシブルエレクトロニクスは、信頼性、低電力のBluetoothまたは近接フィールド通信(NFC)アンテナを妥協することなく統合しなければなりません。 デバイスが曲げてストレッチしている間、安定したワイヤレスリンクを維持することは、非有利です。 さらに、インシュリンデリバリー決定は、クラウドベースのアルゴリズムによってますます推進されるため、データセキュリティとプライバシーが対処しなければなりません。 アンテナ設計は変形に対して堅くなり、通信プロトコルは、バッテリの消費を最小限に抑え、バッテリの暗号化を拡張し、統合されたライフプラットフォームに必要な寿命を拡張する必要があります。

標準化と製造のスケーラビリティ

一貫した品質で柔軟な電子機器をスケールで生産することは高価で技術的に要求されます。シリコンチップの加工とは異なり、数十年にわたる精製、印刷または有機エレクトロニクスの製造プロセスは依然として進化しています。 収率、単体あたりのコスト、および試験プロトコルは、フレキシブルAPシステムが価格と信頼性上の既存のデバイスと競合できる前に改善する必要があります。 ロールツーロール印刷技術は、低コスト、高電圧の生産への道を提供しますが、材料特性と柔軟なアライメントを厳密に制御する必要があります。 これらは、これらの規制および規制基準は、これらの要件を満たしています。

未来の方向と新興研究

糖尿病管理における柔軟な電子の未来は、物質科学、マイクロファブリケーション、人工知能の革新によって駆動され、明るく、です。 いくつかのエキサイティングな道は、人工膵障がい者の快適性と能力をさらに高めることを約束します。

生分解性および分解性電子工学

魅力的な研究のアベニューは、使用後に安全に体内で劣化させることができる電子機器を含みます, 除去の必要性を排除. このような装置は、急性監視や薬の配信のために一時的に注入することができ, その後、痕跡なしで溶解. 人工膵臓のために, これは、前処理された期間後に生分解する内部センサーを意味するかもしれません, 異物反応や外科的剥離を減らす. 生分解性ポリマーや分解性金属を用いた早期のプロトタイプは、動物実験を期待しています, 人間の実験は、おそらく、人間の実験を約束します, 人間の実験を期待しています.

自己校正とAI強化センサー

マシン学習アルゴリズムは、センサーデータをドリフト、校正読み取りを自動的に検出し、センサーの故障を予測することも可能です。これらのアルゴリズムをフレキシブルなプロセッサに統合することで、ユーザーは定期的な指紋校正を実行することなく、精度を維持できるデバイスが実現します。さらに、AIは、個々の活動、ストレス、睡眠パターンに基づいてインシュリンデリバリープロファイルを最適化し、APを真にインテリジェントに実現します。フレキシブルプラットフォームは、これらのアルゴリズムをホストするのに適しています。これにより、ユーザーは空気を上回る更新することができ、AIは、APが変化する時間に適応させることができるために適しています。

完全統合、クローズドループパッチ

ホリー・グラスレールは、フレキシブルなグルコースセンサー、インシュリン・リザーバー、マイクロポンプ、制御回路、および小さな電源を含む使い捨てのパッチです。すべての軟質で伸縮性。いくつかの学術グループとスタートアップは、このビジョンを追求しています。 ]サイエンス・アドバンス]の2023用紙は、ディベート・ブール・バグを抑えたプロトタイプ・パッチを実証し、これらのディフューザーは、このような試験結果に従った場合、ほぼ同じく、パイロット・コントロールを中断します。

デュアルホーンとマルチドラッグデリバリー

プラットフォームが完成したら、同じ柔軟な電子は、重度の低血糖症を予防するためのグルコゴンなどの他のホルモンを配信することができ、またはタイプ2糖尿病管理のためのクローズドループ制御を統合することもできます。 このより広いアプリケーションは、新しい市場を開き、生産をスケールアップすることができ、コストダウンを駆動する。 デュアルホルモンシステムは、低血症を軽減し、複数の貯水池を処理することができる柔軟なパッチで臨床的利点を示しているので、ユーザーエクスペリエンスを簡単にすることができます。 さらに、プラットフォームは、他のホルモンの補充のための他の薬剤の補充を要求する他のホルモンの代替薬を要求する可能性があります。

コンテンツ

人工膵技術と柔軟な電子機器の収斂は、糖尿病ケアにおけるパラダイムシフトを表しています。 剛性の高い、不快なコンポーネントを柔らかく、適合性、および控えめなウェアラブルに置き換えることにより、これらは、より許容可能な24 / 7グルコース管理を行なうことを約束します。 耐久性、電力、製造の課題は、技術革新のペースが加速されます。 研究が製品に翻訳されるにつれて、糖尿病の人々は、それらがより安全なデバイスを管理できるようにするために、それらが数時間だけ安全であることを確認することができます。

クローズドループシステムにおける臨床的利点についてさらに読むには、 [American Diabetes Association および JDRFを参照してください。 フレキシブルセンサー技術の最新では、]Nature Reviews Materials]]は、対象に関する包括的なレビューを提供します。 ウェアラブル医療機器に関する業界更新も[[FLT:DiaLT:6]を通して見つけることができます[FLT:[FLT:]:]]]]。 [FLT:[FLT:]]]:[FLT:[FLT:[FLT:[FLT:]]]]]:[FLT:[FLT:[FLT:[FLT:[F]]]]]]]:[F]:[FLT:[FLT:[FLT:[FLT:[F]:[F]:[F]]]:[F]]:[FLT:[F]]]]:[F]:[F]]:[FLT