📅 Data publikacji: 11.06.2025
У 2026 році в Гданському технічному університеті під керівництвом д-ра Анни Новаковської почався проєкт BioSense 3D, покликаний створити тонкі й гнучкі біочутливі сенсори для безперервного моніторингу життєво важливих показників. Традиційні пристрої для відстеження здоров’я обмежені окремими функціями — пульсометри, термометри чи капілярні сенсори — а BioSense 3D прагнув об’єднати кілька компонентів в одному пристрої, надрукованому шар за шаром із різних матеріалів. Перший крок — комп’ютерне моделювання трьох шарів: основа з TPU товщиною 200 µm забезпечувала гнучкість і комфорт носіння, другий шар з графенового провідного чорнила (100 µm) формував електроди, а верхній шар із біосумісного гідрогелю (50 µm) контактував зі шкірою, дозволяючи відбирати зразки поту для аналізу електролітів. ANSYS дозволив оцінити розподіл напруги й мінімальну деформацію при розтягненні до 150 % довжини, що гарантувало надійну роботу у рухливих ділянках тіла.
Наступним етапом стали перші друковані прототипи на гібридній inkjet-платформі з додатковим екструдером для гідрогелю. Оптимізований розмір сенсорного модуля — 200×20 мм — містив п’ять ізольованих зон: PPG-модуль для вимірювання пульсу через LED-фотодіодну пару під графеновими трасами, термосенсор для зчитування температури шкіри з точністю ±0,1 °C та мікрофлюїдний канал для аналізу pH поту й концентрації натрію, калійних іонів. Перші випробування на добровольцях підтвердили кореляцію з лабораторними методами у 95 % випадків для пульсу та 93 % для температури. Це дало змогу перейти до налаштування калібрування та підготовки до клінічної фази. Д-р Новаковська зазначила: "Поєднання 3D-друку та передових біоматеріалів відкриває шлях до персоналізованого моніторингу стану здоров’я поза межами лікарні".
У кінці Частини 1 команда відзначила необхідність удосконалення сенсорної чутливості при мінливій вологості шкіри та довготривалому носінні. Було проведено серію випробувань із зволоженням гідрогелю й адаптивним керуванням товщиною шару через зворотний зв’язок від датчика вологості. Результатом стала модель, здатна працювати без перебоїв до 72 годин без ручного втручання, зберігаючи високу точність даних. 🎉
У 2027 році проект BioSense 3D об’єднався з Медичним центром Гданська для проведення клінічних досліджень за участю 120 пацієнтів із серцево-судинними захворюваннями та спортсменів витривалості. За допомогою лінії гібридних 3D-принтерів FlexiPrint було виготовлено першу серію з 500 пристроїв, кожен із яких індивідуально калібрувався на підставі параметрів шкіри: рівня зволоження, товщини епідермісу та індивідуальних патернів потіння. У порівнянні з еталонними моніторами частота серцевих скорочень вимірювалася з похибкою ≤2 bpm, а змінність серцевого ритму (HRV) — із відхиленням ≤5 %.
Для перевірки гідратації використовували контрольовані протоколи з капельницями, що викликали зневоднення. Сенсор BioSense 3D показав 90 % кореляцію з лабораторними аналізами рівня електролітів у крові, використовуючи провідність поту. Довготривалі випробування охоплювали 72 години безперервного носіння, 1000 циклів розгинань та занурень у воду, після чого пристрій зберігав 98 % функціональності. Пацієнти відзначали комфорт і непомітність на шкірі у порівнянні з традиційними нагрудними сенсорами. Д-р Новаковська: "Ми довели, що наші біочутливі сенсори готові до медичного використання".
Автоматизована лінія контролю якості застосовувала візуальне сканування деталей з камерою 5 Мп та алгоритмами машинного навчання, які виявляли дефекти шарів гідрогелю та провідних шляхів товщиною до 0,1 мм. Локальне виправлення браку шляхом точкового дозування матеріалу знизило відсоток відмов до 1 %, підтверджуючи готовність виробництва до масштабування. 🚀
У фінальній фазі BioSense 3D інтегрував сенсори з аналітичною платформою HealthCloud. Дані передавалися через Bluetooth LE до смартфона й потрапляли на сервери у хмарі, де штучний інтелект аналізував тренди показників, прогнозуючи потенційні кардіоваскулярні події за хвилини до їх настання. Своєчасні повідомлення давали користувачам можливість звернутися по медичну допомогу та запобігти ускладненням.
Започатковано ініціативу OpenHealthHub — відкриту платформу для обміну CAD-файлами сенсорів, параметрами друку та набором біосигнатур. Дослідники з Європи, Азії та Америки додавали модулі для моніторингу глюкози, кортизолу й запальних маркерів, розширюючи застосування у спорті, превентивній медицині та wellness. Ця спільнота стимулювала розвиток нових рішень на базі 3D-друку та відкритих даних.
Далі планують створення імплантованих безін’єкційних глюкометрів для діабетиків та ультратонких патчів для неінвазивного аналізу кров’яного складу за допомогою флуоресцентних датчиків. NASA розглядає застосування BioSense 3D у місіях на Марс для моніторингу здоров’я астронавтів за екстремальних умов. Д-р Новаковська підсумувала: "Наші біочутливі сенсори — це основа цифрової медицини майбутнього, поєднуючи 3D-друк, біоматеріали та штучний інтелект". 🌟