Сензор предупреждава кога рана върху кожата е силно инфектирана

Бактериите, които атакуват раните по кожата, могат да застрашат живота ни, ако не бъдат открити навреме. Нов сензор, създаден от сингапурски екип, поставен в превръзката, ще предупреждава, изпращайки съобщения на мобилен телефон, за наличие на прекалено голяма популация от бактерии в опасни части от човешкото тяло.

Рисковете от тежка инфекция на рана върху кожата

Здравата кожа също е покрита с бактерии, като най-често това са Staphylococcus aureus и Escherichia coli. Обикновено те се размножават много бързо, ако раната е открита. За да не навлязат в тялото, което може да доведе до трайно увреждане или дори смърт на човека, мястото трябва да се почисти добре, да се приложи антибиотик или, в краен случай, да се ампутира крайника. Здравните специалисти следят за инфекция, като отстраняват превръзката и правят оглед на самата рана. При нужда вземат проба с памучен тампон, която да се изследва в лаборатория. Свалянето на превръзката обаче може да забави оздравителния процес, а прегледът от своя страна е много субективен. Вземането на проба и лабораторният анализ изискват време и присъствието на пациента на място.

Няколко екипа работят върху създаването на устройства, които се поставят под превръзката и следят някои показатели за бързо развиваща се инфекция като например промяна в температурата на мястото и неговата киселинност.

Какво представлява сензорът за ранно откриване на сериозна инфекция?

Учени от Националния университет на Сингапур изобретиха ефективен сензор*, който открива и изчислява количеството дезоксирибонуклеаза, или DNase. Ензимът е индикатор за инфекция, тъй като се произвежда основно от бактерии, които се размножават в раните, а не от тези, които обичайно живеят върху здравата кожа. Това означава, че вероятността устройството да отчете фалшиво положителни резултати е почти нулева. Друго предимство на иновативния метод е, че DNase започва да се натрупва преди появата на каквито и да било други признаци на инфекция. Новата предупредителна система, наречена от експертите безжичен сензор за откриване на сериозни инфекции в рани (WINDOW), е описана в списание „Science Advances“ на 19.11.2021 г.

Принцип на работа на чипа

Сензорните компоненти на WINDOW са изработени от лепкав материал, познат като ДНК хидрогел, или DNAgel, който се състои от преплетени ДНК вериги. Той е устойчив във водна среда, но лесно се разгражда в присъствието на DNase. Гелът е свързан с чип, който засича момента, когато материалът започва да се разпада и изпраща сигнал до телефона. Предаването му се осъществява с помощта на безжична технология, без батерии, наречена NFC. Тя позволява свързване на две устройства, разположени на близко разстояние. NFC например се използва при безконтактно плащане с кредитна карта.

Устройството е безжично и не се нуждае от захранване

„Свързвайки DNAgel със сензора, реално създадохме устройство, което няма нужда от захранване и може да се постави в превръзката на раната“, пояснява съавторът и електрически инженер Джон Хо от Националния университет на Сингапур. Пациент, който има сериозно нараняване или е претърпял операция, може спокойно да следи състоянието и процеса на заздравяване, като доближи мобилния си телефон до превръзката. Ако чуе аларма, това означава, че неговият лекар ще получи съобщение или ще препоръча директно на пациента да посети болнично заведение, за да се премине на антибиотично лечение.

Много други учени са опитвали да изобретят устройства за навременно откриване на силно инфектирана рана. Създадени бяха високотехнологични образни инструменти и така наречените „електронни носове“, които могат да „помиришат“ специфичните химични реакции, свързани с процеса на инфекция. Друг английски екип пък разработи нискобюджетен супер бърз тест с вземане на проба.

Ниска цена за производство

Основните критерии, по които се оценява успеваемостта на даден проект, са практичност, тоест дали ще е необходимо използването на сложно оборудване, пречки при узаконяване и рентабилност. Чипът на WINDOW се състои от електронни компоненти и изисква достъп до смартфон, което може да се окаже проблем за някои групи от пациенти. Според инж. Хо материалът за един сензор за откриване на тежка инфекция струва под 10 долара и също така подчертава, че може да бъде създаден чрез вече утвърдени и прилагани в масовото производство технологии за производство на електронни продукти.

Клинични изпитания

До момента екипът на Хо е провел експеримент върху 18 души с диабетно стъпало (при което се наблюдават язви по стъпалата на пациенти с диабет). Други са с инфекции, причинени от бактерията S. Aureus, тъй като за учените представлява голям интерес доколко гелообразният материал ще реагира и ще започне да се разгражда и в среда, населена с тази бактерия.

В отделен лабораторен опит експертите тестват устройството върху шест мишки, чиито рани са изложени на същите видове бактерии. То успява да засече инфекция в рамките на 24 часа, преди животните да проявяват каквито и да било физически симптоми.

Пътят пред инженерите от Сингапур е дълъг. Тепърва предстои да извършат масови изпитания върху големи групи пациенти, както и върху рани, инфектирани с други патогени. Хо обаче е оптимист, тъй като според него те имат много сходни механизми на секреция на ензима дезоксирибонуклеаза.

* Ze Xiong, Sophie Lian, John Ho, Hu Liu et al. A wireless and battery-free wound infection sensor based on DNA hydrogel. Science Advances. November 2021.