Origami-sensor kan continu onze hartslag monitoren

Een minuscule sensor die zich in het lichaam ontvouwt, kan continu de hartactiviteit en ademhaling monitoren. Dat blijkt uit onderzoek met ratten.

Een kleine lichaamssensor zou in de toekomst onze gezondheid in realtime kunnen volgen. Hij zou via een minuscule snede in het lichaam worden ingebracht en zich daar als een soort origamifiguur uitvouwen.

In experimenten met ratten is dat al gelukt: de sensor mat hun hartslag, ademhaling en temperatuur. Wetenschappers verwachten dat een implantaat van vergelijkbaar formaat ook bij mensen werkt.

LEES OOK

'Ga tijdens de zwangerschap al in gesprek over vaccinaties'

Grootschalige informatiecampagnes werken niet bij ouders die twijfelen over vaccinaties voor hun kind, stelt socioloog Josje ten Kate. Beter is een ge ...

Origami

Er bestaan al implantaten die in het lichaam functioneren, maar bij die apparaten is het altijd schipperen tussen hun grootte en hun prestaties. Een apparaat dat draadloos energie ontvangt én elektrische of elektrochemische signalen kan opvangen om het lichaam te monitoren, heeft nu eenmaal een behoorlijk formaat.

De nieuwe sensor, MiFi genaamd, is tijdens de implantatie netjes opgevouwen. Onder de huid ontvouwt de sensor zich vervolgens tot een vierkantje van 2,1 centimeter, met een dikte van 0,3 millimeter. ‘De principes van origami waren van essentieel belang voor de ontwikkeling van MiFi, omdat we hiermee een van de grootste optimalisatieproblemen binnen het ontwerp van implanteerbare apparaten konden oplossen’, zegt ingenieur Selin Olenik van het Imperial College in Londen.

MiFi in uitgevouwen vorm. Beeld: Selin Olenik et al.

Toen MiFi de hartslag, ademhaling en lichaamstemperatuur van ratten bijhield, bleek de sensor net zo nauwkeurig als een draagbare monitor met sensoren op de huid. MiFi gebruikt hiervoor verschillende sensoren, waaronder een versnellingsmeter die borstbewegingen detecteert om de hart- en ademhalingsfrequentie te berekenen. MiFi bleek zelfs stabieler dan zijn concurrent, zegt Olenik. ‘De draagbare monitor haperde af en toe en leverde vreemde waarden op.’

Het implantaat wordt draadloos van energie voorzien met behulp van near-field communication, de technologie die ook wordt gebruikt voor contactloos betalen, zegt Olenik. De metingen die het apparaat doet, worden eveneens draadloos naar een computer verzonden.

Natte boel

In tegenstelling tot andere sensoren kan MiFi informatie verzamelen over de weefselvloeistof die zich rondom onze cellen bevindt, zegt Olenik. Die vloeistof bevat informatie die ook in de bloedbaan te vinden is – maar dan zonder de bloedstollingsfactoren die de prestaties van de sensor kunnen belemmeren, zegt Olenik.

‘MiFi kan in de toekomst worden gebruikt voor het in realtime meten van stoffen zoals stofwisselingsproducten, enzymen, medicijnen en antibiotica, die bijvoorbeeld niet betrouwbaar in zweet kunnen worden gemeten’, zegt ze.

Mensen meten

Om de sensor bij mensen te testen, hoeft hij waarschijnlijk niet groter te worden gemaakt. ‘Het formaat van het apparaat wordt niet echt bepaald door de grootte van de proefpersoon, maar meer door de mogelijkheden van het apparaat zelf’, zegt Olenik.

‘Wat vernieuwend is, is het opvouwbare ontwerp’, zegt ingenieur Ravinder Dahiya van de Northeastern-universiteit in de Verenigde Staten. In de toekomst kunnen we de sensor mogelijk gebruiken om onze gezondheid continu in de gaten te houden. Maar we moeten er eerst zeker van zijn dat hij op de lange termijn blijft werken en geen schade toebrengt, zegt Dahiya.

Olenik wil als volgende stap langduriger onderzoek met dieren uitvoeren. De ratten in dit onderzoek droegen het apparaat slechts een uurtje met zich mee. Het implanteren veroorzaakte wat ontstekingreacties, maar de negatieve effecten waren ‘minimaal’, zegt Olenik.