📅 Data publikacji: 11.06.2025
W 2026 roku interdyscyplinarna grupa z Politechniki Gdańskiej, prowadzona przez dr. Annę Nowakowską, rozpoczęła projekt BioSense 3D mający na celu stworzenie elastycznych czujników noszonych na skórze, zdolnych do monitorowania parametrów życiowych w czasie rzeczywistym, takich jak tętno, temperatura ciała, poziom nawodnienia i zmiany pH potu. W odróżnieniu od klasycznych opasek fitness, które wykorzystują ograniczoną liczbę sensorów, BioSense 3D zakładał integrację wielowarstwowych struktur 3D-drukowanych zawierających kompozyty przewodzące, hydrożele biokompatybilne i warstwy ochronne z elastycznego TPU. 🧪
Pierwsze symulacje komputerowe w programie ANSYS pozwoliły zaprojektować układy mikrokanałów, przez które przepływać miały próbki potu do pomiaru stężenia elektrolitów. Modele CAD zawierały sekwencję warstw: bazową z TPU dla odpowiedniej elastyczności, środkową z przewodzącego atramentu grafenowego łączącego elektrody oraz wierzchnią z biokompatybilnego hydrożelu, który kontaktował się bezpośrednio ze skórą. Symulacje wskazały optymalne grubości warstw: 200 µm dla TPU, 100 µm dla elektrod i 50 µm dla hydrożelu, co zapewniało zarówno wytrzymałość mechaniczną, jak i czułość sensorów.
Następnie zespół przystąpił do druku pierwszych prototypów na drukarce inkjetowej z dodatkowym ekstruderem do hydrożeli. Wydrukowana opaska o długości 200 mm i szerokości 20 mm składała się z pięciu segmentów sensorycznych połączonych elastycznymi mostkami. Każdy segment mierzył tętno poprzez detekcję przepływu krwi w naczyniach krwionośnych za pomocą optycznych czujników opartych na zasadzie fotopletyzmografii (PPG). Termometry rezystancyjne oparte na cienkowarstwowej niklowej ścieżce rejestrowały temperaturę skóry z dokładnością ±0,1 °C. Początkowe testy na ochotnikach potwierdziły zgodność pomiarów z urządzeniami laboratoryjnymi w 95 % przypadków, co pozwoliło przejść do kolejnej fazy – optymalizacji i kalibracji.
Pod koniec części pierwszej dr Nowakowska podkreśliła: „To był przełom – połączenie druku 3D i biokompatybilnych materiałów otwiera przed nami nowe możliwości w monitorowaniu zdrowia poza szpitalem. Krokiem milowym jest stworzenie urządzenia, które działa jak druga skóra, ciągle dbając o użytkownika.” 🎉
W 2027 roku BioSense 3D nawiązało współpracę z Gdańskim Centrum Medycznym, aby przeprowadzić badania kliniczne na grupie 120 pacjentów z chorobami układu krążenia i sportowcach wytrzymałościowych. Dzięki drukowi wielomateriałowemu na linii produkcyjnej zaprojektowanej wspólnie z firmą FlexiPrint, powstały kolejno ulepszone opaski w seriach po 500 sztuk, gotowe do walidacji. Każda opaska była indywidualnie kalibrowana na podstawie historii medycznej użytkownika i analizy skóry, uwzględniając różnice w grubości warstwy rogowej oraz poziomie potliwości.
Testy w warunkach szpitalnych porównawczo oceniano tętno, zmienność rytmu serca (HRV) i poziom nawodnienia przy użyciu pomp kroplowych do symulowania odwodnienia. Wyniki wykazały, że opaska 3D BioSense mierzy tętno z dokładnością <2 bpm i HRV z błędem <5 %, podczas gdy pomiar nawodnienia oparty na przewodności potu korelował z testami laboratoryjnymi w 90 % przypadków. Testy wytrzymałościowe obejmowały 72-godzinne noszenie, wielokrotne zginanie i zanurzenie w wodzie, po czym opaski zachowały 98 % funkcjonalności. Pacjenci docenili lekkość i dyskrecję urządzenia – w odróżnieniu od tradycyjnych czujników przypinanych na klatkę piersiową.
Równolegle inżynierowie opracowali automatyczną linię kontroli jakości: kamery optyczne skanowały każdy wydruk, a algorytmy uczenia maszynowego wykrywały mikrouszkodzenia warstw hydrożelu i przewodzących ścieżek. Defekty poniżej 0,1 mm grubości były usuwane poprzez lokalne uzupełnianie materiału. Dzięki temu wskaźnik wadliwych opasek spadł do 1 %.
Na zakończenie części drugiej dr Nowakowska zaznaczyła: „BioSense 3D przeszedł próby kliniczne z sukcesem – nasze bioczujniki działają niezawodnie w trudnych warunkach, co potwierdza ich gotowość do wprowadzenia na rynek medyczny.” 🚀
W trzeciej fazie projektu BioSense 3D rozszerzyło swoje działania o integrację czujników z chmurą obliczeniową i platformą analityczną HealthCloud. Dane przesyłane były przez moduł Bluetooth Low Energy do smartfona, a stamtąd do centrum analitycznego, gdzie w czasie rzeczywistym analizowano trendy zdrowotne i prognozowano ryzyko zdarzeń sercowo-naczyniowych. Algorytmy sztucznej inteligencji wykrywały nieprawidłowości wcześniej niż standardowe testy, dając użytkownikom cenne minuty na reakcję i konsultację z lekarzem.
BioSense 3D uruchomiło także program OpenHealthHub, otwartą platformę dla badaczy i startupów, gdzie udostępniono dokumentację CAD czujników, parametry druku i zestawy danych biosygnatur. Społeczność naukowców z Europy, Azji i Ameryki wdrażała nowe sensory – stężenia glukozy w pocie, poziomu kortyzolu i markerów zapalnych – rozwijając ekosystem aplikacji zdrowotnych dla sportu, medycyny i wellness.
W przyszłości Bioczujniki 3D zyskają implantowane wersje pomiaru glukozy bez zastrzyków dla osób z cukrzycą oraz ultracienkie plastry monitorujące skład krwi przez barierę skóry za pomocą fluorescencji. ESA planuje wykorzystanie technologii BioSense 3D w misjach załogowych na Marsa, by monitorować parametry astronautom w ekstremalnych warunkach. Dr Nowakowska podsumowała: „Nasze bioczujniki to nie tylko urządzenia – to element cyfrowej opieki zdrowotnej przyszłości, integrujący druk 3D, materiały biokompatybilne i sztuczną inteligencję.” 🌟