Исследование было опубликовано в Передовая наука, междисциплинарный научный журнал премиум-класса с открытым доступом. Исследователи также подали заявку на патент на устройство, и технология доступна для лицензирования.

По данным Американского фонда борьбы с волчанкой, около 1,5 миллионов американцев и по меньшей мере 5 миллионов человек во всем мире страдают той или иной формой волчанки. Светочувствительность часто встречается у людей с волчанкой, и от 40 до 70 процентов людей с волчанкой обнаруживают, что их заболевание усугубляется воздействием солнечного света или даже искусственного освещения в помещении. Симптомы этих обострений у пациентов с волчанкой включают сыпь, боли в суставах и усталость.

"Я лечу многих пациентов с волчанкой или родственными заболеваниями, и клинически сложно предсказать, когда симптомы у пациентов обострятся", - сказал дерматолог медицинской школы Университета Миннесоты доктор Дэвид Пирсон и соавтор исследования. "Мы знаем, что ультрафиолетовый свет и, в некоторых случаях, видимый свет могут вызывать вспышки симптомов - как на коже, так и внутри организма, - но мы не всегда знаем, какие комбинации длин волн света способствуют появлению симптомов".

Пирсон слышал о новаторской, индивидуальной 3D-печати носимых устройств, разработанной профессором машиностроения Университета Миннесоты Майклом Макэлпайном и его командой, и связался с ним, чтобы сотрудничать в поиске решения его проблемы.

Исследовательская группа Макэлпайна совместно с Пирсоном разработала первое в своем роде полностью напечатанное на 3D-принтере устройство с гибким детектором УФ-видимого света, который можно было бы разместить на коже. Устройство интегрировано с изготовленной на заказ портативной консолью для непрерывного мониторинга и корреляции светового воздействия с симптомами.

"Это исследование основано на нашей предыдущей работе, где мы разработали полностью напечатанное на 3D-принтере светоизлучающее устройство, но на этот раз вместо того, чтобы излучать свет, оно его принимает", - сказал Макэлпайн, соавтор исследования и профессор кафедры машиностроения Kuhrmeyer Family Chair. "Свет преобразуется в электрические сигналы для его измерения, которые в будущем могут быть соотнесены с обострениями симптомов пациента".

Макэлпайн сказал, что разработка устройства, однако, была непростой задачей. Устройство для 3D-печати состоит из нескольких слоев материалов, напечатанных на биосовместимой силиконовой основе. Слои включают электроды и оптические фильтры. Фильтры могут быть заменены в зависимости от длины волны света, которую необходимо оценить. Исследовательская группа также использовала оксид цинка для сбора ультрафиолетового (UV) света и преобразования его в электрические сигналы. Устройство монтируется на коже, и к нему прилагается специально изготовленная консоль для сбора и хранения данных.

Исследовательская группа получила разрешение начать тестирование устройства на людях и вскоре начнет набор участников в исследование.

"Мы знаем, что эти устройства работают в лаборатории, но наш следующий шаг - действительно передать их в руки пациентов, чтобы увидеть, как они работают в реальной жизни", - сказал Пирсон. "Мы можем раздать их участникам и отследить, какому свету они подвергались, и определить, как мы можем предсказать симптомы. Мы также продолжим тестирование в лаборатории, чтобы улучшить устройство".

Макэлпайн и Пирсон заявили, что процесс 3D-печати относительно недорог и когда-нибудь может обеспечить легкий и быстрый доступ к устройству без дорогостоящих процессов изготовления традиционных устройств.

"Сейчас нет другого подобного устройства с таким потенциалом персонализации и такой простотой изготовления", - сказал Пирсон. "Мечтой было бы иметь один из этих 3D-принтеров прямо в моем офисе. Я мог бы осмотреть пациента и оценить, какие длины волн света мы хотим оценить. Тогда я мог бы просто распечатать его для пациента и отдать ему. Это может быть на 100 процентов персонализировано в соответствии с их потребностями. Вот куда движется будущее медицины".

В дополнение к Пирсону и Макэлпайну в исследовательскую группу Университета Миннесоты входили Ся Оуян, Руитао Су, Дэниел Вай Хоу Нг и Гебум Хан с факультета машиностроения Университета Миннесоты.

Исследование финансировалось за счет гранта Университета Миннесоты в поддержку исследований, артистизма и стипендий, а также гранта Программы академических инвестиционных исследований. Поддержку также оказал Национальный институт биомедицинской визуализации и биоинженерии Национальных институтов здравоохранения. Часть этой работы была проведена в Наноцентре Миннесоты, который поддерживается Национальным научным фондом через Национальную сеть координированной инфраструктуры нанотехнологий (NNCI).

Видео: https://youtu.be/LAQQomsdAbk