211service.com
Battlefield Medic on a Chip
Lielākā daļa nāves gadījumu kaujas laukā notiek pusstundas laikā pēc ievainojuma – bieži vien pārāk ātri, lai karavīrs nokļūtu pie mediķa, nemaz nerunājot par slimnīcu. Taču Kalifornijas Universitātes Sandjego (UCSD) un Ņujorkas Klārksona universitātes pētnieku sadarbības mērķis ir to visu mainīt, izmantojot mikroshēmu, kas varētu atklāt traumas un ārstēt tās gandrīz uzreiz.
Viedais sensors: Džozefs Vans cer izmantot elastīgus elektrodus, piemēram, to, ko viņš tur tur, lai izveidotu mikroshēmu, kas diagnosticē kaujas lauka traumas.
Pētījuma centrā ir sensors, kas joprojām tiek izstrādāts un ko varētu izmantot, lai nepārtraukti uzraudzītu karavīra asinis, sviedrus vai pat asaras biomarķieriem. Visi šie šķidrumi satur glikozi, skābekli, laktāzi un hormonu norepinefrīnu, kas svārstās atkarībā no cilvēka veselības un aktivitātes līmeņa. Specifiskas, kolektīvas izmaiņas šajos marķieros var norādīt uz traumas klātbūtni. Un, tiklīdz sensors to uztver, tas var pārsūtīt informāciju citur mikroshēmā vai uz citu mikroshēmu un izraisīt atbilstošu zāļu izlaišanu. Tāda ir vismaz ideja; tomēr realitāte varētu attīstīties nedaudz laika.
Projekta vadītājs, Džozefs Vans , ir UCSD nanoinženieru profesors, kura birojs ir aprīkots ar visu veidu elektroniskajiem sensoriem, bet tikai divu izmēru: maziem un pat mazākiem. Vangam, kurš iepriekš palīdzēja izstrādāt neinvazīvu glikozes monitoru, kas ņem sviedru paraugus, nav svešinieks ar nepārtrauktu sensoru. Bet tā vietā, lai uztvertu tikai vienu signālu, jaunajam sensoram būs jānošķir vairāki marķieri un jāinterpretē rezultāti.
Lai to paveiktu, Vangs sadarbojas ar Clarkson’s Jevgeņijs Katzs , kurš nesen izveidoja sistēmu, kas izmanto uz fermentiem balstītus loģiskos vārtus, lai ne tikai izmērītu biomarķieru kombināciju, bet arī izmantotu rezultātus ierobežotas diagnozes noteikšanai. Katz sistēma ir balstīta uz enzīmu vadītām reakcijām: noteiktu fermentatīvu produktu klātbūtnē tiek atslēgts viens vārtu komplekts un tiek aktivizēta noteikta ķēdes reakcija; citi produkti iedarbina pavisam citu vārtu komplektu. Gala rezultāts ir loģiskā ķēde, kas var identificēt noteiktus veselības stāvokļus.
Līdz šim Katz enzīmu loģiskā diagnostika darbojas tikai šķīdumā. Bet Vans un Kats paredz sistēmu, kas izmantotu elektronisku sensoru, kas satur fermentus, lai noteiktu četru iepriekš minēto biomarķieru: glikozes, skābekļa, laktāzes un norepinefrīna esamību vai neesamību. Dažādās kombinācijās šie biomarķieri var norādīt uz dažādiem ievainojumiem, piemēram, smadzeņu traumu vai šoku. Atkarībā no ievainojuma elektrodi fermentatīvos rezultātus pārvērš kodā, kas aktivizē no signāla atkarīgās membrānas, lai atbrīvotu atbilstošos medikamentus. Piemēram, ja karavīrs nonāktu hemorāģiskā šokā, elektrods noteiktu laktāta, glikozes un norepinefrīna līmeņa paaugstināšanos. Kad elektrodu enzīmu produktu maisījums sāk mainīties, reakcija izraisītu loģiskos vārtus unikālos triecienam un, iespējams, signālu par atbilstošo zāļu izdalīšanos. Mēs vēlamies izveidot viedu, inteliģentu sensoru, kas var atšķirt dažādus ievainojumus, pieņemt lēmumu par ārstēšanu un, tiklīdz tas atpazīst traumu, atbilstoši ārstēties, saka Vans.
Ja tas viss izklausās nedaudz teorētiski, tas ir tāpēc, ka tā ir. Katz un Wang sagaida, ka paies četri gadi, pirms viņu tikko finansētais projekts tiks pabeigts. Šobrīd Kats pat nevar precīzi pateikt, kādus ievainojumus viņu sistēma varētu atpazīt vai kā tieši tā varētu tos ārstēt. Pašlaik viņš saka, ka viņi vienkārši izstrādā loģiskos vārtus, kas var atšķirt dažādus ievainojumus — kā izskatās biomarķieru kombinācijas un enzīmu kodu, lai tās interpretētu. Pēc tam viņi izlems, kuri ķermeņa šķidrumi darbotos vislabāk, un no turienes viņi varēs sākt savu elektrodu projektēšanu.
No simtiem Vanga birojā esošo sensoru viņš norāda uz dažiem, kas, viņaprāt, varētu būt noderīgi modeļi. Viens, kas paredzēts saritināšanai ciešā cilindrā, ir tik mazs, ka varētu ietilpt asaru kanālā. Citam, lielākam, varētu būt neliels zemādas sensors, kas atrodas tieši zem ādas. Viņš saka, ka mēs vēlamies kaut ko tādu, kas būtu minimāli invazīvs vai, vēlams, neinvazīvs, kas varētu iegūt asaru, siekalu vai sviedru paraugu.
Pētniekus gaida liels uzdevums. Manuprāt, svarīgs izaicinājums ir noskaidrot lietas, ko viņi var sajust, cik uzticami [viņi] būs kaujas lauka situācijā. Mārtiņš Bazants , Stenfordas universitātes mašīnbūves profesors. Vai jūs varēsiet pievienot vērtību karavīram, nepalielinot svaru vai nepareizas darbības risku?
Bazants ir iepazinies ar grūtībām, kas saistītas ar projektēšanu kaujas karavīriem — viņš bija viens no MIT dibinātājiem. Karavīru nanotehnoloģiju institūts – un viņš atzīmē, ka paša sensora izstrāde būtu milzīgs labums. Viņš saka, ka spēja uzticami noteikt precīzu šo ķīmisko vielu līmeni reāllaikā kaujas laukā – tas jau ir interesanti. Mediķis varētu to nolasīt un izmantot, lai noteiktu, cik kritisks ir pacients, vai ir nepieciešama ārstēšana, vai pacients ir jāpārvieto uz citu vietu. Tomēr Bazants ir skeptisks par pilnībā automatizētas sistēmas izmantošanu traumu noteikšanai un zāļu dozēšanai, ja nav mediķa.
Ja Vangam un Katzam veiksies, viņu projekts tiks pielietots ne tikai kara laikā, bet arī ikdienas medicīnā. Ārstiem vienmēr ir nepieciešami sensori, kas sniedz precīzāku priekšstatu par to, kas notiek pacienta ķermenī. To var pielāgot sirds marķieru noteikšanai, piemēram, lai ātri diagnosticētu sirdslēkmi vai insultu. Tas var būt noderīgi ikreiz, kad mums ir steidzami jārīkojas, saka Vans.