Bij veel ziektes treden veranderingen in de bloedstromen in het lichaam op. Het is bij patiënten dus belangrijk om het bloed in (slag)aders en haarvaatjes te monitoren. Daarvoor hebben onderzoekers uit de VS en China nu flexibele elektronica, in de vorm van een soort pleister, ontwikkeld die meet hoe snel het bloed in de bovenste laag van de huid stroomt. Grootste winstpunt is dat de pleister zeer goed hecht aan de huid en dus steeds op precies dezelfde plek meet; iets waar eerdere technieken moeite mee hadden.

De pleister bevat op een oppervlakte van 1 cm2 een heleboel minuscule elektronica. Centraal staat een rond verwarmingselement (thermische actuator). Daaromheen bevinden zich sensoren, om het verwarmingselement heen geordend in twee ringen, met diameters van respectievelijk 3 en 5 mm. Elke ring bevat zeven sensoren, met steeds een hoek van 45° ertussen (zie figuur).

Als een tijdelijke tatoeage

Tussen de sensoren is ruimte nodig voor geleidende baantjes die de signalen doorgeven  aan een centraal punt. De geleidende verbindingen meanderen, omdat de baantjes op die manier beter bestand zijn tegen vervorming in verschillende richtingen. Het geheel bevindt zich op een substraat van zeer buigzaam siliconenrubber, dat met vanderwaalskrachten op de huid blijft zitten — vergelijk het met het velletje waarmee een tijdelijke tatoeage wordt aangebracht.

Bij een meting geeft het verwarmingselement een constant vermogen af, waardoor de directe omgeving enkele graden opwarmt; een stijging van maximaal 6°C, die niet voelbaar is. Afhankelijk van onder andere vorm, grootte en oriëntatie van een bloedvat – evenals de stroomsnelheid van het bloed – wordt de warmte met een bepaalde snelheid en richting afgevoerd.

Lokale temperatuur

De veertien sensoren hebben een elektrische weerstand die afhangt van de temperatuur en ze meten dus de lokale temperatuur, met een nauwkeurigheid van 0,01 °C. In een rastertje van veertien punten is dus door de tijd heen de temperatuur bekend. De onderzoekers hebben de fysica van dit systeem uitgebreid gemodelleerd — voor de liefhebber: details zijn te lezen in het artikel in Science Advances) en op basis van die modellen kunnen ze de meetwaarden van de sensoren omrekenen naar stroomsnelheden in bloedvaten.

Getest op proefpersonen

De sensorpleister is getest op gezonde proefpersonen. In de eerste proef werd een ader vlak onder de huid van de pols tijdelijk dichtgedrukt. Tijdens de afsluiting meet de pleister een minimale bloedstroom en bij loslaten meet hij een sterke bloedstroom.

De pleister lijkt ook geschikt voor het meten aan haarvaatjes. Dat demonstreerden de onderzoekers met een opmerkelijk experiment. De proefpersoon legde zijn onderarm op tafel, met de binnenkant naar boven, en gaf zichzelf een harde klap met één vinger. Hierdoor werd deze plek rood en dik – een bekend effect – , wat niets anders is dan een verwijding van de haarvaten en een verhoogde bloedstroom. Uit metingen met de sensorpleister blijkt dat deze bloedstroom met wel 500% kan toenemen na zo’n klap met de vinger.

Monitoren van bloedstroom

De pleister is relatief eenvoudig in grote aantallen te produceren. Zo kan hij zowel thuis als in het ziekenhuis bruikbaar zijn. Het belangrijkste toepassingsgebied is het monitoren van de bloedstroom vlak onder de huid. Die kan informatie geven over het verloop van ziektes als aderverkalking, diabetes, chronisch nierziekten en sikkelcelanemie.

Foto en illustratie: University of Illinois at Urbana-Champaign