Ученые из Японии и Кореи создали гибкий датчик сердечных сокращений, самостоятельно вырабатывающий энергию для своей работы с помощью эластичной солнечной панели. Возможность использования его для регистрации сердечной активности была подтверждена на крысах и человеке, рассказывают авторы в Nature.
Разработчики носимых устройств предполагают, что в будущем они будут полностью выполнены из гибких и растягиваемых материалов, не мешающих человеку. Часть технологий, необходимых для создания таких устройств уже создана, но пока некоторые компоненты, особенно источники питания, сложно сделать полностью удовлетворяющими потребностям гибкой электроники. В начале 2018 года ученые под руководством Такао Сомэя (Takao Someya) из японского Института физико-химических исследований (RIKEN) представили гибкие солнечные панели, которые можно наносить на ткань или другие гибкие подложки.
В своей новой работе Такао Сомэя и его коллеги создали на базе гибких солнечных панелей полноценное устройство с датчиком растяжения, способное вырабатывать достаточно энергии для его работы. В качестве источника питания исследователи использовали органическую фотовольтаическую панель на основе полимерной подложки, однако обычно гибкие органические панели имеют заметно меньшую эффективность, чем жесткие. Разработчики решили эту проблему, создав регулярные повторяющиеся наноструктуры на поверхности активного слоя панели. Для этого исследователи выбрали необычный способ — они взяли DVD-диск, на записывающей плоскости которого располагаются регулярные выпирающие структуры с подходящим исследователям размером и периодом. Ученые сняли с диска защитный слой и перенесли микроструктуру диска на поверхность полимерной пластины, которую затем использовали в качестве штампа, отпечатывающего свою структуру на слоях солнечной панели во время ее производства.
После создания множества прототипов гибких солнечных панелей разработчики протестировали их свойства и выяснили, что их коэффициент полезного действия составляет почти десять процентов. Кроме того, исследователи проверили износостойкость панелей. После 900 циклов сжатия они продолжили работать, но эффективность снизилась на четверть.
После того, как разработчики убедились в работоспособности самих солнечных панелей, они создали на их основе устройство, способное измерять частоту сердцебиения. Для этого исследователи добавили к солнечной панели органический электрохимический транзистор. Если закрепить устройство на пальце, а отходящий от него электрод на груди, то возникающая из-за сердечных сокращений разница потенциалов будет выступать в качестве напряжения смещения транзистора, влияющего на проводимость его канала.
Испытания устройства на человеке и крысе показали, что по изменению тока утечки на транзисторе можно четко различать сердечные сокращения. Стоит отметить, что несмотря на то, что устройство получает достаточно энергии для своей работы из солнечного света или искусственного освещения, снимать его показания все равно необходимо с помощью внешнего устройства, поэтому его нельзя считать полностью автономным.
Многие ученые считают не менее перспективным источником энергии для гибких носимых устройств трибоэлектрические генераторы, превращающие механическую энергию в электрическую. В этой области уже есть разработки с достаточно высокими характеристиками. К примеру, в начале 2018 года китайские исследователи создали на основе мятой золотой фольги генератор площадью 1,5 квадратных сантиметра, способный питать от растяжения и других движений 48 светодиодов. Часть разработчиков трибоэлектрических генераторов пытаются не только повысить их эффективность, но и придать им другие свойства, важные при реальном использовании. Например, существуют прототипы прозрачных трибоэлектрических генераторов, или тканей на их основе, которые можно мять и мыть, не разрушая.
Григорий Копиев
У курильщиков чаще появлялись тяжелые офтальмологические симптомы
Американские и канадские исследователи пришли к выводу, что у подростков и молодых людей, курящих электронные и обычные сигареты, чаще наблюдаются офтальмологические симптомы, и они тяжелее, чем у их некурящих сверстников. Наибольшие частота и тяжесть проблем с глазами наблюдались у тех, кто курит и вейпы, и сигареты. Публикация об этом появилась в журнале JAMA Ophthalmology. Вейпинг неоднократно связывали с различными нежелательными последствиями для здоровья, такими как повышение пульса, артериального давления, сопротивления дыхательных путей и выработки медиаторов воспаления. Его комбинация с табакокурением связана с дополнительным ухудшением общего уровня здоровья, нарушениями сна и повышенным риском сосудистых расстройств. Курение табака — известный фактор риска повреждения и разнообразных заболеваний глаз, от увеита до глаукомы. При этом данных о вейпинге на эту тему практически нет, особенно в отношении подростков и молодых людей, среди которых он распространен больше всего. Энн Нгуен (Anne Nguyen) из Университета Макгилла с коллегами из Стэнфордского университета с помощью онлайнового сервиса Qualtrics пригласили 4351 американца в возрасте от 13 до 24 лет для участия в опросе в рамках обсервационного кросс-секционного исследования. 63,8 процента участников были женского пола, средний возраст составил 19,1 года. 33,7 процента были в возрасте 13–17 лет; 41,6 процента — 18–20 лет; 24,7 процента — 21–24 года. Все добровольцы сообщали, пробовали ли они электронные или обычные сигареты хотя бы раз в жизни и курили ли в течение последних 30 дней и недели. Аналогичные вопросы задавали про другие материалы для курения, включая самокрутки, сигариллы, сигары и марихуану. Также участников спрашивали об уровне их зрения, в том числе с коррекцией; использовании контактных линз; частоте беспокойства о своем зрении, а также частоте и тяжести 10 симптомов со стороны глаз: дискомфорта, боли, жжения, зуда, покраснения, сухости или ощущения «песка» в глазах, бликов или обостренной чувствительности к свету, размытости зрения, усталости глаз и головной боли. Статистический анализ проводили методом взвешенной множественной логистической регрессии с поправкой на возраст, пол, этническую принадлежность, ношение контактных линз и использование других курительных материалов (кроме вейпов и сигарет). 50,2 процента хотя бы раз пробовали электронные сигареты (дизайн исследования предполагал, чтобы вейперов было около половины); 36,5 процента — обычные сигареты. Из 2183 пробовавших вейпы 55,9 процента также пробовали сигареты. Из 1092 куривших в последние 30 дней 44,3 процента использовали и то, и другое; среди 919 куривших в последнюю неделю таких оказалось 45,8 процента. 54,8 процента всех участников сообщили, что хотя бы раз пробовали другие курительные материалы. У всех куривших обычные и электронные сигареты частота и тяжесть симптомов была статистически значимо выше, чем у некурящих. Наиболее выраженной эта разница была у тех, кто использовал и сигареты, и вейпы — 1,1–3,9 процента из них сообщали о тяжелых и очень тяжелых проявлениях, 0,9–4,3 процента — о ежедневном появлении офтальмологических симптомов. Те из них, кто курил в последнюю неделю перед опросом, испытывали более тяжелые зуд (ОШ с учетом поправок 2,37), покраснение (ОШ 2,58), сухость (ОШ 2,89), блики (ОШ 2,56), размытость зрения (ОШ 2,47) и головные боли (ОШ 2,31) по сравнению со всеми остальными участниками (некурящими и курившими только вейпы или только сигареты). Кроме того, они отмечали более частую боль в глазах (ОШ 3,45), жжение (ОШ 3,08) и покраснение (ОШ 2,72). У куривших и обычные, и электронные сигареты, или только обычные и когда-либо, и в последнее время, зрение оказалось хуже, чем у остальных (ОШ 0,64 и 0,51 соответственно). Те, кто предпочитал только вейпы, отличались большее частым беспокойством о собственном зрении (ОШ 0,6). Частота курения обычных или электронных сигарет (в последние 7 или 30 дней) на развитие симптомов значимо не влияла. Таким образом, любой вид курения и особенно потребление и вейпов, и сигарет связано с субъективно ощутимыми проблемами с глазами. Авторы работы предполагают, что это может быть связано с окислительным стрессом, который производят свободные радикалы в табачном дыме и пропиленгликоль в испарениях вейпа. Этот окислительный стресс может повреждать липиды в слезной жидкости, что приводит к сухости в глазах и снижением защиты от инфекций. Для уточнения этих механизмов необходимы отдельные исследования. Об эпидемии специфического воспаления легких преимущественно среди молодых людей (так называемого синдрома EVALI), которую связали с распространением электронных сигарет, можно почитать в материале «Что такое „болезнь вейперов“, откуда она взялась и чего мы о ней не знаем».