Een internationaal team van wetenschappers en onderzoekers heeft een slimme huidsensor ontwikkeld voor het realtime monitoren van de temperatuur van de huid. Die sensor is verwerkt in een apparaat dat deze meetgegevens gebruikt om temperatuurschommelingen te detecteren die wijzen op de aanwezigheid van ontstekingen en infecties. Bijzonder is dat het apparaat dat hiervoor ontwikkeld is, gebruik maakt van een thermo-elektrisch systeem en daardoor geen batterij of externe voeding nodig heeft.
De slimme huidsensor is ontwikkeld als onderdeel van een Europees project, onder leiding van onderzoekers van de Universitat Rovira i Virgili (URV) in Spanje, in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Porto waar gewerkt wordt aan systemen voor hernieuwbare energie. Doel van dit onderzoek was het vergroten van de autonomie van sensoren die worden gebruikt in medische en industriële omgevingen. “Het idee was om niet afhankelijk te zijn van batterijen en om flexibele apparaten te maken die aangepast kunnen worden aan de huid of andere oppervlakken,” legt Eduard Llobet uit, onderzoeker aan de afdeling Elektronica, Elektrotechniek en Automatisering van URV.
Huidtemperatuur als indicator
De temperatuur van de huid is een essentiële indicator voor de vroegtijdige diagnose van wonden en ontstekingsprocessen in de huid. Lokale temperatuurschommelingen kunnen infecties, complicaties bij de genezing of andere veranderingen die een ongunstige gevolgen hebben op de gezondheid van een patiënt, aantonen. Voor de diagnose wordt nu nog gebruik gemaakt van een infraroodcamera of zogenoemde puntsensoren. Nadeel van deze methode is dat patiënten hiervoor geïmmobiliseerd moeten worden. Bovendien kan met deze methodes niet het complete huidoppervlak gecontroleerd worden.
Het apparaat met de slimme huidsensor dat nu ontwikkeld is, kan kleine temperatuurveranderingen nauwkeurig meten. Daarvoor wordt gebruik gemaakt van de halfgeleidermaterialen die een elektrisch signaal genereren wanneer ze temperatuurverschillen detecteren. Zo kan als het ware een thermische kaart van de huid gemaakt worden, waarop eventuele probleemgebieden realtime getoond kunnen worden.
Het apparaat is gevalideerd door middel van simulaties en experimentele tests op menselijke huid, zelfs onder zweterige omstandigheden met behulp van een zoutoplossing om transpiratie te simuleren. De tests hebben aangetoond dat temperatuurvariaties van slechts 0,4°C gedetecteerd kunnen worden en dat de slimme huidsensor in minder dan drie seconden reageert op temperatuurveranderingen. Hierdoor kan de ontwikkeling van een wond in realtime worden gevolgd en kunnen tekenen van infectie snel worden opgespoord. De resultaten van het project en onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Science.
Eenvoudig in gebruik
Volgens de onderzoekers is de slimme huidsensor niet alleen duurzaam, onder andere doordat er geen energiebronnen nodig zijn voor het functioneren, maar ook erg eenvoudig in het gebruik. “Het systeem kan een kleurenkaart met temperatuurgradiënten weergeven. Fit betekent dat zorgpersoneel ook zonder training snel de getroffen gebieden kan identificeren”, aldus Llobet. De sensor kan niet alleen ingezet worden om infecties bij chirurgische wonden en doorliggen te voorkomen, maar kan ook worden aangepast voor andere toepassingen zoals het monitoren van ontstekingsprocessen.
Het onderzoeksteam werkt inmiddels al aan nieuwe projecten om de functionaliteit van de slimme huidsensor verder uit te breiden. Denk daarbij aan het inbouwen van biosensoren om andere fysiologische variabelen te meten, bijvoorbeeld niveaus van opgeloste gassen of specifieke biomarkers. “Ons idee is om deze technologie verder te ontwikkelen om deze nog veelzijdiger en bruikbaarder te maken in de klinische omgeving,” aldus de onderzoekers.
Slimme sensoren
Het inzetten van slimme, draagbare, sensoren voor medische diagnose en monitoring is niet nieuw. Zo ontwikkelden onderzoekers van de Northwestern University enige tijd geleden een wearable sensor, aangedreven door AI, om nachtelijk krabben bij mensen met atopische dermatitis te verminderen. Het apparaat detecteert jeuk en geeft een trilfeedback om het krabben te stoppen. In een test bij tien deelnemers verminderde het aantal krabmomenten met 28%, en de duur van het krabben nam af van 15,8 naar 7,9 seconden.
En in 2019 ontwikkelden Britse onderzoekers al eens een technologie waarbij slimme sensoren de genezing van wonden monitoren door te "luisteren" naar vibraties in het weefsel. Deze sensoren, zo groot als een suikerkorrel, konden veranderingen in het beschadigde weefsel detecteren, waardoor het genezingsproces nauwkeuriger kon worden gevolgd zonder verbanden te hoeven verwijderen. In dat onderzoek werd gebruik gemaakt van varkenshuid en geavanceerde 3D-beelden om de reacties van de huid op wonden te bestuderen, waarmee de behandeling en monitoring van wonden mogelijk verbeterd kon worden.
