SmartHEAL – narzędzie diagnostyczne ran przewlekłych zwycięzcą Konkursu Nagroda Jamesa Dysona

Zespół aktualnie kontynuuje prace nad ostatecznym prototypem inteligentnego opatrunku. Pomiar pH w SmartHEAL działa w oparciu o sensor elektrochemiczny. Wysięk z rany dociera do dwóch elektrod – elektrody referencyjnej oraz elektrody wskaźnikowej z warstwą czułą na zmiany poziomu współczynnika. Kwasowość lub zasadowość odczynu jest wyznaczana na podstawie różnicy potencjałów elektrod. Następnie za pomocą anteny RFID wynik będzie odczytywany przez pacjenta lub personel medyczny.

SmartHEALjest alternatywą dla tradycyjnej metody analizy procesu gojenia ran, opierającej się głównie na subiektywnej ocenie rozmiaru, koloru czy zapachu rany. Bardziej miarodajną, ale zarazem kosztowniejszą i mniej przyjemną dla pacjenta alternatywą, są badania laboratoryjne tkanki pobranej prosto z rany.

– W naszych pracach badawczych opracowaliśmy szereg autorskich, nowatorskich kompozytów do wytwarzania elektroniki techniką sitodruku, wykorzystując materiały takie jak nanorurki węglowe, grafen czy płatki srebrowe. Połączenie technologii sitodruku oraz termostransferu w dziedzinie wytwarzania czujników jest niekonwencjonalnym podejściem, które daje szansę na opracowanie rozwiązań sensorycznych w dostosowanej przemysłowo technologii – umożliwiając szybkie przejście z akademickiego prototypu do komercyjnego produktu. Innowacyjne kompozyty tekstroniczne i techniki druku elektroniki, umożliwiają integracje sensora bezpośrednio na powierzchni opatrunku i skalowalną produkcję w cenie poniżej 50 groszy za sensor – wyjaśnia mgr inż. Tomasz Raczyński, lider zespołu SmartHEAL.

Niska cena czyni wynalazek potencjalnie ogólnodostępnym. To szczególnie ważne w obliczu pandemii, która spowodowała ograniczenie dostępu do służby zdrowia dla osób starszych. Rozwiązanie SmartHEAL umożliwia rzadsze wizyty u lekarzy i bardziej ukierunkowane leczenie pacjentom pozostającym w hospitalizacji domowej.

SmartHEAL

Zwycięski zespół krajowej edycji konkursu tworzy trzech studentów Wydziału Mechatroniki Politechniki Warszawskiej. Inżynierów połączyła wspólna pasja do rozwiązań związanych z elektroniką drukowaną. Na co dzień współpracują przy realizacji projektów naukowo-badawczych z wykorzystaniem nowatorskich mikro- i nanokompozytów elektrycznych do zastosowań sensorycznych i telerehabilitacyjnych. Praca naukowa daje im motywację do wymyślania i tworzenia coraz to nowszych koncepcji, a także chęci do wdrażania elektroniki drukowanej do codziennego życia ludzi.

Mgr inż. Tomasz Raczyński (28 l.) – doktorant Politechniki Warszawskiej, lider zespołu SmartHEAL oraz ekspert ds. technologii wytwarzania elektroniki drukowanej.

Mgr inż. Piotr Walter (28 l.) – młody pracownik Politechniki Warszawskiej. W zespole SmartHEAL jest ekspertem w kwestiach elektrochemicznych czujnika pH oraz w integracji medycznej i biozgodności komponentów sensorycznych.

Mgr inż. Dominik Baraniecki (24 l.) – pracuje przy projektach naukowo-badawczych. W zespole SmartHEAL wykorzystuje swoje doświadczenie w pracy z biokompatybilnymi materiałami, elektryką i elektroniką, jak również wiedzę zdobytą przy prowadzeniu działalności gospodarczej.

Dzięki wygraniu krajowego etapu Konkursu Nagroda Jamesa Dysona projekt SmartHEAL otrzyma wsparcie finansowe w wysokości 27 000 złotych. Pozyskane środki ułatwią zespołowi pokrycie bieżących wydatków operacyjnych oraz możliwość bezpośredniego zakupu materiałów do badań, takich jak specjalistyczne bandaże i opatrunki. Pozwoli to na dostosowanie innowacyjnych procesów technologicznych do powszechnie stosowanych materiałów medycznych.

 – Podczas rozmów z medykami zdaliśmy sobie sprawę ze skali problemu ran przewlekłych. Prawidłowe i szybkie wykrycie zaburzeń procesu gojenia rany i rozwoju drobnoustrojów chorobotwórczych, nie tylko skraca proces leczenia, ale umożliwia zatrzymanie niebezpiecznej dla życia infekcji – wyjaśnia mgr inż. Dominik Baraniecki.

Mgr inż. Piotr Walter dodaje: – Krajowy Konkurs Nagroda Jamesa Dysona dał nam wiarę, motywacje i środki materialne, aby w dalszym ciągu rozwijać nasz pomysł. Wygrana uświadomiła nam, że projekt ma potencjał i my mamy potencjał, żeby wprowadzić coś do społeczeństwa i rozwinąć nasz pomysł.

– Tegoroczny zwycięzca krajowej edycji konkursu, SmartHeal, nie tylko zaimponował nam innowacyjnością proponowanego rozwiązania, ale również swoim ogromnym potencjałem. Może to zrewolucjonizować sposób opatrywania ran i w znaczny sposób poprawić komfort i bezpieczeństwo pacjentów. Jest to bardzo dobry projekt, który z pewnością ma szansę na wyróżnienie również w etapie międzynarodowym – komentuje dr Tomasz Łuczyński, jeden z członków jury tegorocznej edycji konkursu.

– Zespół zrobił na nas wrażenie swoim podejściem do rozwiązania poważnego problemu leczenia ran oraz chęcią wprowadzenia praktycznego rozwiązania na rynek. Wyraźnie zademonstrował zasady, którymi kierują się zespoły w firmie Dyson i zmierzył się z trudnym wyzwaniem, w nowatorski sposób. Z niecierpliwością czekamy na kolejne etapy rozwoju pomysłów i prototypów. – dodaje inżynier marki Dyson Julian Bond.

Zespół na przestrzeni lat stworzył wiele prototypów, w różnej formie. Same sensory pHtestowane były w dziesiątkach, w ramach pomiarów laboratoryjnych. Inżynierowie nie są w stanie określić ile dokładnie czasu zajmie finalizacja produktu, ale wiedzą, że każdy kolejny prototyp przybliża ich do celu.

SmartHEAL otrzymuje możliwość przejścia do ścisłego międzynarodowego finału konkursu Nagroda Jamesa Dysona, natomiast Tomasz Raczyński, Piotr Walter i Dominik Baraniecki zamierzają kontynuować prace nad swoim wynalazkiem. Dwa największe wyzwania, jakie stoją obecnie przed zespołem młodych inżynierów to testy kalibracyjne na różnych opatrunkach oraz opracowanie aplikacji do bezprzewodowego odczytu wyników. Międzynarodowa krótka lista zostanie ogłoszona 12 października, natomiast zwycięzców międzynarodowego etapu konkursu poznamy 16 listopada.

Wicemistrzowie krajowi

Grzegorz Romaniak, autor projektu Półprzepuszczalna membrana na bazie grafenu

Problem: Wzrost populacji ludzkiej, zmiany klimatu oraz zanieczyszczenie środowiska sprawiły, że konieczne jest opracowanie nowych, bardziej wydajnych materiałów filtracyjnych. Naprzeciw temu wychodzi półprzepuszczalna grafenowa membrana filtracyjna, która może przyczynić się do rozwiązania problemu niedoboru wody pitnej na świecie.

Rozwiązanie: Podstawą działania filtra jest mono warstwowy grafen HSMG, który jako aktywna część membrany posiada w swojej strukturze atomowej defekty wielkości dziesiątych części nanometra, odpowiedzialne za filtrację. Umieszczając grafen na porowatym podparciu polimerowym, a następnie stosując zredukowany tlenek grafenu do selektywnego pokrycia nieciągłości grafenu, powstała półprzepuszczalna membrana. Jej głównymi zaletami są jednoatomowa grubość warstwy filtrującej oraz przewodnictwo elektryczne grafenu, które w przyszłości pozwoli na zastosowanie tej membrany w hybrydowych procesach filtracyjnych.

Józef Szymelewicz, autor projektu RoboColoBee

Problem: Stonka ziemniaczana posiada wysokie zdolności uodparniania się na często stosowane środki ochrony roślin. Niekontrolowany rozwój stonki doprowadza nawet do całkowitej defoliacji rośliny, a to z kolei do znacznych strat w plonach ziemniaka. Projekt ma się przyczynić do rozwiązania problemu występowania stonki ziemniaczanej, groźnego szkodnika w uprawie ziemniaka, w sposób ekologiczny, bez użycia środków chemicznych.
Rozwiązanie: Zaprojektowany robot wyręcza człowieka w ciężkim i żmudnym ręcznym zbiorze stonki ziemniaczanej. Wynalazek rozwiązuje problem poprzez mechaniczne potrząsanie roślinami ziemniaka, co powoduje strząśnięcie znajdujących się na nich larw i chrząszczy do umieszczonego poniżej pojemnika na insekty. Zaprojektowany robot, po wprowadzeniu przez operatora na pole uprawne, w sposób automatyczny i ekologiczny wykonuje zabieg zbierania stonki i powtarza go co kilka dni. Główną zaletą projektu jest możliwość wyhodowania ekologicznego ziemniaka bez używania środków chemicznych i automatyczne powtarzanie zabiegu bez udziału człowieka. Urządzenie zasilane jest energią słoneczną.

Konkurs Nagroda Jamesa Dysona

Konkurs Nagroda Jamesa Dysona to jedno z wielu zainicjowanych przez sir Jamesa Dysona działań mających na celu pokazanie, że wynalazcy i inżynierzy mogą zmieniać świat. Instytut Inżynierii i Technologii Dyson, Fundacja Jamesa Dysona oraz Nagroda Jamesa Dysona zachęcają młodych inżynierów do tego, by wykorzystywali swoją wiedzę w praktyce i wynajdowali nowe sposoby na poprawienie jakości naszego życia dzięki technologii. Do tej pory James Dyson przeznaczył ponad 140 mln funtów na wspieranie przełomowych projektów w zakresie edukacji i innych szczytnych celów. Wsparcie w postaci nagród pieniężnych otrzymali już autorzy ponad 300 wynalazków. Konkurs o Nagrodę Jamesa Dysona jest prowadzony przez Fundację Jamesa Dysona – organizację charytatywną, która zajmuje się wspomaganiem edukacji inżynierów i jest finansowana z zysków firmy Dyson.

Przeczytaj również:

Grafen posłuży jako biosensor do monitorowania zdrowia pacjentów – wynalazek naukowców z UW

Jakub Musiałek: Dostarczamy automatykę, robotykę i big data dla szpitali (podcast)