過早出生的兒童經(jīng)常發(fā)生神經(jīng)運(yùn)動和認(rèn)知發(fā)育障礙

過早出生的兒童經(jīng)常發(fā)生神經(jīng)運(yùn)動和認(rèn)知發(fā)育障礙。減少這些殘疾影響的最佳方法是通過一系列認(rèn)知和運(yùn)動測試盡早發(fā)現(xiàn)它們。但是準(zhǔn)確地測量和記錄小孩的運(yùn)動功能是很棘手的。正如任何一位家長會告訴你的那樣，幼兒往往不喜歡戴在他們手上的笨重裝置，并且喜歡攝取他們不應(yīng)該做的東西。

哈佛大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種柔軟，無毒的可穿戴傳感器，可以不顯眼地附著在手上，測量抓握力和手和手指的運(yùn)動。

該研究發(fā)表在Advanced Functional Materials上，是哈佛John A. Paulson工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)，Wyss生物啟發(fā)工程研究所，Beth Israel Deaconess醫(yī)學(xué)中心和波士頓兒童醫(yī)院的合作。

傳感器的一個新穎元素是無毒，高導(dǎo)電性的液體溶液。

“我們開發(fā)了一種新型導(dǎo)電液體，它不比一小滴鹽水更危險，”SEAS的研究生，該論文的第一作者Siyi Xu說。“它的導(dǎo)電性比以前的生物相容性解決方案高四倍，從而使數(shù)據(jù)更清晰，噪音更小。”

哈佛大學(xué)的技術(shù)開發(fā)辦公室已經(jīng)提交了與新型軟傳感器架構(gòu)相關(guān)的知識產(chǎn)權(quán)組合，并正在尋求這些技術(shù)的商業(yè)化機(jī)會。

傳感溶液由碘化鉀(一種常見的膳食補(bǔ)充劑)和甘油(一種常見的食品添加劑)制成。在短暫的混合期后，甘油破壞碘化鉀的晶體結(jié)構(gòu)并形成鉀陽離子(K +)和碘離子(I-)，使液體導(dǎo)電。因為甘油具有比水低的蒸發(fā)速率，并且碘化鉀具有高度可溶性，所以液體在一系列溫度和濕度水平下都是穩(wěn)定的并且具有高導(dǎo)電性。

“以前的生物相容性軟傳感器是用氯化鈉 - 甘油溶液制成的，但這些溶液的電導(dǎo)率很低，這使得傳感器數(shù)據(jù)非常嘈雜，而且制備時間也需要大約10個小時，”Xu說。“我們將其縮短到大約20分鐘，并獲得非常干凈的數(shù)據(jù)。”

傳感器的設(shè)計也考慮到了兒童的需要。硅橡膠傳感器位于手指頂部和指墊上，而不是笨重的手套。

“我們經(jīng)?？吹皆绠a(chǎn)兒或早期發(fā)育障礙的兒童皮膚高度敏感，”該研究的合著者，波士頓兒童醫(yī)院和哈佛醫(yī)學(xué)院行為科學(xué)項目副教授Eugene Goldfield說。哈佛大學(xué)Wyss學(xué)院的學(xué)院和副教授。“通過堅持手指的頂部，這個設(shè)備提供準(zhǔn)確的信息，同時繞過孩子手的靈敏度。”

Goldfield是Wyss Institute靈活電子幼兒項目的首席研究員，該項目為過早出生且有腦癱風(fēng)險的幼兒設(shè)計模塊化機(jī)器人系統(tǒng)。

Goldfield和他的同事目前使用SEAS和Wyss的運(yùn)動捕捉實驗室研究運(yùn)動功能。雖然動作捕捉可以說明運(yùn)動，但它無法測量力，這對于診斷神經(jīng)運(yùn)動和認(rèn)知發(fā)育障礙至關(guān)重要。

“早期診斷是治療這些發(fā)育障礙的游戲名稱，這種可穿戴傳感器可以為我們提供目前尚無法獲得的許多優(yōu)勢，”Goldfield說。

本文僅在成人手上測試了該設(shè)備。接下來，研究人員計劃縮小設(shè)備并在兒童手上進(jìn)行測試。

“量化復(fù)雜的人類運(yùn)動的能力為我們提供了一個前所未有的診斷工具，”羅布·伍德的工程與應(yīng)用科學(xué)在SEAS查爾斯河教授創(chuàng)始威斯研究所核心教員和研究的資深作者說。“將重點(diǎn)放在對幼兒運(yùn)動技能的發(fā)展提出了如何將許多傳感器集成到一個小型，重量輕，不顯眼的可穿戴設(shè)備獨(dú)特的挑戰(zhàn)。這些新的傳感器解決這些挑戰(zhàn)，如果我們能創(chuàng)造可穿戴式傳感器，對于這樣一項艱巨的任務(wù)，我們相信這也將在診斷，治療，人機(jī)界面和虛擬現(xiàn)實中開辟應(yīng)用。“