Amerikaanse wetenschappers hebben draagbare slimme pleisters ontwikkeld die gevaarlijke stoffen detecteren én direct reageren zonder dat daar een omstander of smartphone aan te pas komt. Onderzoekers van Virginia Tech ontwierpen een micronaaldpleister die een overdosis fentanyl opmerkt en automatisch het antigif naloxon toedient. Tegelijkertijd ontwikkelde een team van North Carolina State University een pleister ter grootte van een visitekaartje die gifstoffen en zware metalen opspoort en de drager waarschuwt via voelbare trillingen op de huid. Beide technologieën markeren een belangrijke stap naar autonome, preventieve gezondheidszorg op de huid.
- Een micronaaldpleister van Virginia Tech dient automatisch naloxon toe zodra een fentanyl-overdosis optreedt.
- Onderzoekers van NC State University ontwikkelden een sensorpleister die via voelbare trillingen waarschuwt voor toxische stoffen.
- Beide systemen werken volledig autonoom, zonder afhankelijkheid van een omstander of een melding op een telefoon.
Automatische medicijnafgifte bij een overdosis fentanyl
De pleister van Virginia Tech, genaamd de iNal-pleister, is kleiner dan een muntstuk en werd ontwikkeld onder leiding van universitair docent Wujin Sun en onderzoeker Penghui Zhao. Het apparaatje maakt gebruik van 121 microscopisch kleine naaldjes die doordringen tot het weefselvocht net onder de huid. In de pleister bevinden zich poreuze silica-nanodeeltjes die gevuld zijn met naloxon, een medicijn dat de effecten van opioïden blokkeert.
De openingen van deze deeltjes zijn afgesloten met moleculaire poortjes die gevoelig zijn voor fentanyl. Zodra de concentratie fentanyl in het lichaam een bepaalde drempelwaarde overschrijdt, openen de poortjes zich en stroomt het antigif het lichaam in. Hoe hoger de concentratie fentanyl, des te meer naloxon er wordt vrijgegeven. Omdat niet alle poortjes tegelijk opengaan, behoudt de pleister voldoende medicatie om ook bij latere blootstellingen opnieuw in te grijpen.
Doordat de pleister bij een overdosis zelfstandig naloxon toedient, is een slachtoffer voor een levensreddende ingreep niet langer afhankelijk van de aanwezigheid van een omstander.
In laboratoriumtests reageerde het systeem binnen enkele minuten en bleef het tot 24 uur lang medicatie afgeven. Bij proeven met muizen bleek dat de pleister tot wel drie opeenvolgende blootstellingen aan fentanyl effectief kon neutraliseren, zonder significante huidirritatie te veroorzaken. De bevindingen zijn gepubliceerd in het vakblad Advanced Science, en de onderzoekers hebben inmiddels een octrooiaanvraag ingediend.
Directe waarschuwing op de huid bij toxische stoffen
Waar de pleister van Virginia Tech medicatie toedient, richt de ontwikkeling van North Carolina State University (NCSU) zich op vroegtijdige waarschuwing. Een team onder leiding van promovendus Erim Uzunoğlu en universitair hoofddocent Lilian Hsiao ontwikkelde een draagbare sensor op het formaat van een visitekaartje. Het hulpmiddel kan zes verschillende milieugevaren detecteren, waaronder zware metalen in water, toxische aerosols, gevaarlijke gassen en gedrogeerde drankjes.
Zodra een gevaarlijke stof wordt gedetecteerd, informeert de pleister de drager niet via een smartphone-notificatie, maar via haptische feedback: een trilling rechtstreeks tegen de huid. Om te zorgen dat het signaal opvalt, ontwierpen de onderzoekers een textuur met kleine knopjes op het contactpunt. Deze voelbare ‘braille’ stelt de drager in staat om direct te herkennen welk type gevaar aanwezig is.
Het apparaat bevat een eigen batterij die wordt ondersteund door een buitenlaag van zonnecellen, waardoor de pleister ongeveer 24 uur achtereen kan functioneren. De onderzoekers ontwikkelden tevens een robotische ‘elektronische huid’ met piëzo-elektrisch materiaal. Hiermee kunnen robots in rampgebieden of bij inspecties buiten de aanwezigheid van schadelijke stoffen testen en doorgeven.
Toekomstige impact van autonome sensoren
De combinatie van draagbare micro-elektronica en slimme biomaterialen past in een bredere ontwikkeling binnen de medische technologie. Waar slimme horloges en fitness-trackers momenteel voornamelijk gegevens verzamelen en waarschuwingen sturen naar een scherm, laten deze nieuwe prototypes zien dat sensoren op de huid ook direct fysieke actie kunnen ondernemen.
Voor toepassingen in de praktijk is volgens de onderzoekers nog vervolgonderzoek nodig. Zo moet bij de fentanyl-pleister nader worden getest hoe het systeem presteert bij verschillende huidtypen en onder uiteenlopende omstandigheden, voordat klinische proeven op mensen kunnen beginnen.
Zie jij een toekomst waarin draagbare sensoren ons continu autonoom beschermen tegen onzichtbare gevaren? Deel jouw mening hieronder.
