今日の医療用およびフィットネス用のウェアラブル機器は、日常生活に対応できなければなりません。液体が滴ったり、床に落ちたりしても、その目的を果たせなくなるようなことがあってはいけません。
消費者による日常的な使用であれ、診断テストのための限定的な使用であれ、医療用ウェアラブルは耐久性があり、洗浄、消毒、一般的な摩耗に耐えることができなければなりません。生涯にわたって複数の患者によって使用されることもあります。そして、耐久性を保つためには、液体やその他の汚染物質、硬い表面からの衝撃、さらには放射線からも本質的に保護されていなければなりません。
医療用ウェアラブルのデザインと素材にはさまざまな形状とサイズが影響
医療およびフィットネス用ウェアラブルは幅広いカテゴリです。の 世界のウェアラブル医療機器市場規模 2021年の価値は213億ドルで、2022年から2030年にかけて年平均成長率28.1%で成長すると予測されています。
ほとんどの人がウェアラブルデバイスについて考えるとき、FitBitやApple Watchを思い浮かべるかもしれません。しかし、これらの人気のある消費者向けウェアラブル機器に加えて、患者を評価したり、長期にわたって監視したり、さらには治療介入を行うために一時的に装着される小型医療機器が数多く存在します。近年成長した分野の一つは、不整脈患者の診断、治療、モニタリングである。 その他の心臓関連疾患。
心電図検査 (ECG/EKG)、脳波検査 (EEG)、筋電図検査 (EMG)、電気治療装置などの接地ドレッシングや電極ウェアラブルでは、皮膚に貼り付ける接着剤とともに電極と接地接点を使用します。診断のために電気インパルスを測定したり、電子パルスを身体に送信したりするこれらのバイオメディカルおよび診断デバイスでは、耐久性、生体適合性、および患者の快適性が重要な考慮事項となります。
経皮パッチなどの一部のウェアラブルデバイスは、徐放性薬剤を投与するためのものです。通常、長時間着用されるため、粘着力と通気性のバランスが取れ、着用者にとって快適である必要があります。使用される素材が、着用者に投与される医薬品や薬剤と悪影響を及ぼさないことも重要です。
血糖値試験紙や糖尿病検査は、マイクロ流体診断装置の一般的な例です。血液、汗、その他の体液の分子レベルでグルコースやpHレベルなどのバイオマーカーを追跡するために使用されるこれらのデバイスは、着用者からデータを収集するセンサーを備えた小型で複雑なもので、プリントされたフレックス回路、PCBアセンブリ、電極、およびバッテリーを収容する必要があります。
ウェアラブル生体認証モニタリングデバイスは、体温、心拍数、呼吸、動きなどの生体認証マーカーと情報を追跡する幅広いカテゴリです。例としては、持続血糖値モニター、血圧モニター、睡眠トラッカーなどが挙げられます。収集した情報をワイヤレスで送信する機能などの機能には、フレックス回路やバッテリーアセンブリなどの内部コンポーネントが必要であり、接着剤でユーザーに貼り付ける必要がある場合もあります。
医療用ウェアラブルの内部コンポーネントとユーザーを保護する必要がある
医療用ウェアラブルデバイスが機能し続けるためには、排除しなければならない要素が数多くあります。水などの液体は当然ですが、汚れ、ほこり、さらには電磁干渉もすべて、適切な機能に対する脅威となります。特に消費者市場においては、デバイスはコスト効率が良く、耐久性も高くなければならないため、設計者にとっていくつかの課題が生じます。
医療用ウェアラブルに使用される材料、特にシーリングガスケットは、医療用ウェアラブルの製造に不可欠です。不要な汚染物質を寄せ付けないだけでなく、デバイス上のどこに配置されているかに応じて、人間が接触しても安全でなければなりません。人体組織、体液、医療用液体、または薬剤と接触する医療用シーリングガスケットは、 内部 義肢や装具の製造に使用される3Dプリンター内部の耐火シーリング ガスケットなどの医療用電子機器。
医療機器やウェアラブル機器のガスケットのシーリングに使用される材料は、コスト効率と信頼性が高いだけでなく、用途に応じてFDAやその他の規格などの規制要件を満たす必要があり、同時に大量生産と精密製造もサポートする必要があります。医療用ウェアラブルに使用するために選択されるすべての材料は、機能性とユーザーの快適性のバランスをとる必要があります。
シーリングガスケットを含むすべての部品は、難燃性、導電性、および静電放電に対する保護を備えている必要があります。これらすべての要件は、広範囲のポリマーやエラストマーにわたる材料の選択を導きます。何よりも耐久性がなければなりません。
医療用ウェアラブルの柔軟性と耐久性のバランス
今日の医療用ウェアラブルは、人々の生活様式を考慮する必要があります。着用者の体型に適応できるだけでなく、長時間着用しても耐えられるものでなければなりません。
医療用ウェアラブル機器のユーザーの日常生活を考えると、湿気は常に考慮すべき要素であり、そのためシーリングガスケットは非常に重要です。汗をかいたり、入浴したり、プールに飛び込んだりしても耐えられる必要があります。人々は、電子機器が十分に防水性があり、シャワーを浴びたり泳いだりするときに外す心配がないことを期待するようになりました。また、ウェアラブル端末が時折ぶつかったり、硬い地面に落ちたりしても耐えられることも期待しています。所有者が1人だけの消費者向けデバイスであっても、複数の患者が一時的に装着する医療診断デバイスであっても、数日、数週間、数か月、さらには数年にわたって確実に動作する必要があります。
柔軟性と耐久性はどちらも重要な考慮事項であるため、医療用ウェアラブルには硬い素材と柔らかい素材の組み合わせが必要です。このため、人体組織との接触に関連するものも含め、医療グレードの基準に準拠したハウジングとインターフェースの構築には、通常、ポリカーボネートと熱可塑性エラストマー (TPE) が使用されます。TPEは、ウェアラブル機器の快適性を高めるガスケットや柔らかい部品のシーリングに特に適しています。全体的に、定期的に使用して長期間持続する耐久性のあるデバイスは、耐薬品性があり、強力な接着性を発揮する材料で構成されている必要があります。
ウェアラブルデバイスは定期的な洗浄に耐える必要があるだけでなく、ローションやスキンクリームと接触する可能性があり、時間の経過とともにプラスチックが劣化する可能性があるため、耐薬品性が重要です。また、医療従事者が皮膚に塗布するデバイスがアルコール系消毒剤に接触する可能性もあります。もちろん、これらのウェアラブルデバイス内の電子機器も洗浄溶剤から保護する必要があり、医療用ウェアラブルデバイスを消毒する最善の方法が放射線である場合もあり、これがさらなる課題を生み出します。
放射線による滅菌は医療用ウェアラブル部品の特性に影響を与える
医療機器を滅菌する方法の一つは、放射線を照射することです。ただし、デバイスの複雑さやコンポーネントによっては、放射線が損傷を引き起こす可能性があります。
データを保存および処理するためのメモリを備えたよりスマートなウェアラブルでは、特にフラッシュメモリに対して放射線が有害となる可能性があります。放射線の影響を受ける医療機器への使用には制限があるだけでなく、宇宙用途として地球軌道外での使用も困難です。
しかし、放射線に対してより耐性のある他の種類のメモリも存在します。たとえば、導電性ブリッジング ランダム アクセス メモリ (CBRAM) は、一般的なセルを使用してデジタルの1と0を保存する不揮発性メモリです。これらを区別するために、小さな電圧を使用して、メモリセルの抵抗を高抵抗と低抵抗の間で変化させます。CBRAMの基本的な物理的特性は、製造プロセスに追加された誘電体層と組み合わせることで、放射線に対する耐性を持たせるためにチップ上に情報を異なる方法で保存するというものです。放射線に十分耐えられる他のメモリとしては、SRAMやMRAMなどがあります。
CBRAMなどのメモリは、医療機器の滅菌に使用されるガンマ線照射に優れた耐性を持っています。歴史的に、電子機器は放射線による滅菌に耐えられませんでした。 代替案としては蒸気を使うことですが、そうすると別の課題が生じます。放射線は、機器を素早く洗浄して病院環境に素早く配備できるため、滅菌に適しています。
医療用およびフィットネス用のウェアラブルはますます複雑になっています。初期費用が高額になるほど、耐久性に対する期待も高まります。これは、消費者が高級なフィットネストラッカーを購入する場合であれ、病院が複数の患者が使用する必要がある診断トラッカーを導入する場合であれ同じです。つまり、設計プロセスで耐えなければならない条件を考慮する必要があり、材料とコンポーネントは柔軟性と耐久性の両方を備えている必要があります。
