Monitor multiplexat cutanat pentru vindecarea rănilor: aplicații pentru îngrijire la punctul de intervenție

Monitoarele portabile pentru urmărirea vindecării rănilor reprezintă o categorie emergentă de dispozitive medicale menite să monitorizeze dinamic progresul vindecării printr-o gamă variată de senzori integrați. Aceste sisteme sunt proiectate pentru a furniza date clinicienilor în timp real, reducând necesitatea vizitelor frecvente. Senzorii incluși pot măsura temperatura, umiditatea, presiunea, oxigenarea tisulară, pH-ul și biomarkeri inflamatori, precum CRP și IL-6. În ciuda progreselor, există relativ puține dezvoltări orientate specific către monitorizarea cutanată complexă a rănilor. În acest context, cercetătorii de la Institutul Regal de Tehnologie din Melbourne (RMIT) propun un monitor multiplexat, care utilizează senzori conductometrici pe bază de siliciu de înaltă rezistență, un senzor potențiometric de pH și un senzor de temperatură, toate integrate pe o platformă SoC cu transmisie Bluetooth către o aplicație mobilă dedicată.

Date experimentale și discuții

Parametri relevanți pentru monitorizarea vindecării

Indicatorii cheie incluși în sistemul de monitorizare sunt:

• IL-6: valori normale < 45 nM, valori patologice > 45,36 nM
• CRP: valori normale < 40 nM, valori patologice > 41,67 nM
• pH: normal sub 7, infecție cronică la pH > 7.4
• Temperatura: normală între 31,1–35,4 °C, vindecare activă 35,4–37,9 °C, infecție cronică > 38 °C

Monitorizarea biomarkerilor inflamatori IL-6 și CRP

Senzorii conductometrici pe bază de siliciu de înaltă rezistență au fost funcționalizați cu anticorpi specifici și testați pentru răspuns la concentrații de IL-6 și CRP. Dispozitivul a oferit o detecție sensibilă în 10 minute. Modificările relative ale rezistenței (%ΔR) au reflectat concentrațiile crescânde de biomarkeri:

• +11,5% ΔR de la valori normale la anormale pentru IL-6
• +6,5% ΔR pentru CRP

La creșterea temperaturii între 20 și 40 °C, ΔR a crescut în mod liniar pentru ambele biomarkeri, confirmând utilitatea senzorului în medii dinamice ale plăgii.

Detecția nivelurilor de pH în plaga cutanată

Senzorul potențiometric de pH a fost construit dintr-o membrană PDMS-carbon, cu electrozi Ag/AgCl. Răspunsul a fost monitorizat în intervalul pH 3–11, cu stabilitate bună și sensibilitate la temperatură. Valorile de potențial au crescut odată cu temperatura pentru un anumit pH, sugerând o corelație între aciditate și starea plăgii. Aceste date ajută la înțelegerea impactului pH-ului asupra activității biomarkerilor inflamatori, inclusiv asupra formei CRP (monomerică versus pentamerică).

Monitorizarea temperaturii cutanate

Senzorul LMT70 de la Texas Instruments a fost ales pentru măsurarea temperaturii locale. Acesta a demonstrat sensibilitate de 0,1 °C și precizie de ±0,05 °C, permițând diferențierea între piele sănătoasă, plagă în curs de vindecare și infecție cronică. Tensiunea de ieșire scade cu creșterea temperaturii, fiind integrabilă ușor în circuitele analogice ale platformei.

Integrarea multiplexată pe platforma SoC

Un sistem complet integrat a fost dezvoltat, montat pe un patch flexibil conform anatomiei cutanate. Componentele includ:

• 2 biosenzori CRP/IL-6
• 1 senzor potențiometric pH
• 1 senzor de temperatură CMOS
• Multiplexor, amplificator diferențial și convertor ADC

Transmisia datelor se face prin Bluetooth folosind chipul DA14531MOD, controlat de un microcontroler ATtiny86. Aplicația mobilă FMM Connect afișează datele în timp real, cu actualizare la fiecare 30 secunde. Datele pot fi analizate ca variații ΔR% (pentru biomarkeri), ΔV% (pentru pH) și ΔV (pentru temperatură), indicând direcția vindecării.

Testare și validare funcțională

Dispozitivul a fost testat ex vivo prin aplicarea de soluții standard pe fiecare senzor. Monitorizarea în timp real a arătat următoarele modificări între ziua 1 și ziua 4:

• IL-6: scădere de la 45 la 36 nM
• CRP: scădere de la 41 la 35 nM
• Temperatură: scădere de la 38 °C la 34 °C
• pH: scădere de la 8 la 5,5

Aceste rezultate sugerează progres clinic semnificativ în direcția vindecării.

Concluzii

Monitorul cutanat multiplexat pe platformă SoC propus oferă o soluție completă și reutilizabilă pentru urmărirea în timp real a procesului de vindecare a rănilor. Integrarea senzorilor pentru CRP, IL-6, pH și temperatură oferă o imagine holistică a statusului plăgii, cu aplicații extinse în îngrijirea ambulatorie, diagnostic la punctul de intervenție și senzori purtabili. Viitoarele direcții includ dezvoltarea unei aplicații mobile personalizate cu vizualizări optimizate și integrare clinică extinsă.