Patch Kulit Tanpa Baterai dari NUS Bisa Memantau Tekanan Darah Sepanjang Hari

Peneliti National University of Singapore (NUS) mengembangkan jaringan sensor epidermal tanpa baterai yang dirancang untuk memperkirakan tekanan darah sistolik secara kontinu. Prototipe ini tidak menempatkan baterai dan rangkaian elektronik besar di dalam jam tangan, melainkan memakai dua sensor yang menempel pada kulit, ponsel pintar, serta kain konduktif yang terintegrasi pada pakaian.

Namun, perangkat ini masih merupakan bukti konsep penelitian, bukan alat pemantau medis komersial. Uji coba yang dilaporkan hanya melibatkan lima pengguna, sehingga diperlukan penelitian validasi yang lebih besar sebelum sistem tersebut dapat dipertimbangkan sebagai pengganti alat pengukur tekanan darah yang telah tervalidasi secara klinis.

Mengapa tekanan darah perlu dipantau secara kontinu?

Pengukuran tekanan darah tradisional umumnya dilakukan ketika seseorang duduk dan dalam kondisi diam. Cara ini penting untuk memperoleh angka tekanan darah saat istirahat, tetapi hanya memberikan gambaran pada waktu tertentu dan dapat melewatkan perubahan yang terjadi sepanjang hari.

Tidur dan saat bangun dapat menunjukkan pola berbeda

Tekanan darah sering kali tidak diukur ketika seseorang sedang tidur lelap atau tepat setelah bangun. Akibatnya, perubahan tekanan darah pada malam hari maupun kenaikan tajam setelah bangun bisa tidak terdeteksi melalui pemeriksaan siang hari yang dilakukan sesekali. Proyek NUS ini ditujukan untuk menangkap perubahan tersebut dalam situasi alaminya, bukan hanya melalui pembacaan terpisah saat istirahat.

Olahraga memperlihatkan respons jantung terhadap beban

Aktivitas fisik dapat menyebabkan tekanan darah sistolik berubah dengan cepat. Pemantauan saat berolahraga dapat membantu peneliti dan tenaga medis mempelajari respons yang terlalu tinggi atau terlalu rendah—pola yang tidak akan terlihat dari satu kali pengukuran menggunakan manset saat tubuh sedang diam. Tim peneliti melaporkan pengujian sistem ketika pengguna bepergian, tidur, dan berolahraga, termasuk melakukan aktivitas berat.

Manset dan perangkat di pergelangan tangan memiliki kompromi masing-masing

Alat pengukur dengan manset lengan masih menjadi metode yang umum digunakan sebagai acuan. Namun, manset harus mengembang secara berkala dan pengguna biasanya perlu tetap diam. Pengukuran pada malam hari juga dapat mengganggu tidur.

Perangkat yang dikenakan di pergelangan tangan lebih praktis untuk pemakaian berkelanjutan, tetapi tetap memerlukan pengisian daya. Selain itu, perkiraan tekanan darah tanpa manset perlu divalidasi secara cermat terhadap metode rujukan yang telah diterima.

Prototipe NUS berupaya mengatasi kedua kendala tersebut: sensor dirancang tetap menempel saat pengguna bergerak dan tidak memerlukan baterai pada masing-masing sensor. Meski begitu, kenyamanan pemakaian belum berarti perangkat ini siap digunakan untuk diagnosis klinis.

Bagaimana sensor dada dan pergelangan tangan memperkirakan tekanan darah?

Sistem ini tidak mengukur tekanan dengan cara mengembangkan manset di lengan. Sebaliknya, sistem menggabungkan dua sinyal fisiologis yang berkaitan dengan waktu perjalanan denyut nadi:

1. Sensor dada merekam aktivitas listrik jantung. Elektroda platinum kering mendeteksi peristiwa listrik yang berkaitan dengan kontraksi jantung dan keluarnya darah dari jantung.
2. Sensor pergelangan tangan mendeteksi denyut yang tiba. Sensor optik membaca perubahan berdenyut pada volume darah di sekitar pergelangan tangan.
3. Sistem menghitung jeda antara kedua peristiwa tersebut. Jeda ini disebut pulse-transit time, yaitu waktu yang dibutuhkan gelombang terkait denyut untuk bergerak dari jantung menuju pergelangan tangan.
4. Jeda waktu itu digunakan untuk memperkirakan tekanan darah sistolik. Secara umum, waktu transit yang lebih panjang berkaitan secara berbanding terbalik dengan tekanan darah yang lebih rendah. Karena itu, sistem memperkirakan perubahan tekanan darah, bukan mengukurnya secara langsung seperti alat bermanset.

Karena mekanisme tersebut, perangkat ini lebih tepat disebut sebagai pengukur tekanan darah tanpa manset atau cuffless blood-pressure estimator. Hasilnya bergantung pada sinyal sensor, pengukuran waktu, dan kalibrasi. Kinerjanya harus diuji terhadap pengukuran rujukan yang sudah mapan pada berbagai pengguna dan kondisi.

Ponsel dan pakaian menjadi sumber daya serta jalur data

Prototipe ini menjadikan kemeja lengan panjang biasa sebagai bagian dari jaringan perangkat. Jalur kain konduktif berbahan tembaga-nikel menghubungkan lokasi sensor, sementara pengguna membawa ponsel pintar di bagian atas lengan.

Arsitekturnya memakai dua kanal nirkabel untuk fungsi yang berbeda:

• Transfer daya NFC pada 13,56 MHz: kumparan pada ponsel menghasilkan medan magnet, lalu kumparan pada sensor mengubah energi medan dekat tersebut menjadi arus listrik.
• Komunikasi data Bluetooth pada 2,4 GHz: setelah memperoleh daya, sensor mengirimkan data fisiologis ke ponsel pintar.

Tekstil tersebut dirancang untuk memisahkan kanal daya medan dekat dari kanal komunikasi Bluetooth. Dengan demikian, ponsel berfungsi sebagai pusat sistem: memasok daya ke sensor-sensor yang tersebar di tubuh sekaligus menerima datanya tanpa memerlukan baterai pada sensor yang menempel di kulit.

Gagasan ini melanjutkan penelitian sebelumnya tentang pakaian yang mendukung koneksi medan dekat untuk menghubungkan sensor tanpa baterai di berbagai bagian tubuh.

Kolaborasi penelitian dan latar belakang pengembangan

Pengembangan sistem ini dimulai di Wireless Bioelectronics Group, NUS, pada 2021, dengan kolaborator dari University of Arizona dan Tsinghua University, menurut laporan mengenai proyek tersebut. Hasilnya dilaporkan dalam jurnal Nature Electronics sebagai jaringan sensor epidermal nirkabel tanpa baterai untuk pemantauan tekanan darah sistolik secara kontinu.

Proyek ini juga memiliki motivasi personal. Ayah peneliti Selman Kurt mengalami hipertensi “jas putih”, yaitu tekanan darah yang meningkat ketika berada dalam lingkungan klinis, dan merasa tidak nyaman menjalani pemantauan tekanan darah selama 24 jam karena manset mengembang saat tidur. Pengalaman itu turut menyoroti kebutuhan akan metode yang lebih nyaman untuk mengamati tekanan darah sepanjang siang dan malam.

Apa yang masih perlu diperbaiki?

Sebelum dapat digunakan secara luas, prototipe ini masih menghadapi tantangan teknis dan klinis.

Aplikasi ponsel dengan pembacaan waktu nyata

Sistem yang dituju akan dilengkapi aplikasi untuk menampilkan pembacaan tekanan darah secara waktu nyata di ponsel pintar. Mengubah sinyal sensor menjadi informasi yang jelas dan dapat diandalkan akan menjadi langkah penting agar teknologi ini tidak berhenti sebagai demonstrasi laboratorium.

Kain konduktif harus lebih tahan lama

Saat ini, kain tersebut dapat bertahan sekitar 10 kali pencucian sebelum kemampuannya membawa daya dan data mulai menurun. Pakaian dengan fungsi sensor perlu mampu menghadapi pencucian berulang dan pemakaian sehari-hari dengan lebih andal sebelum layak digunakan secara rutin.

Validasi dengan lebih banyak pengguna

Uji coba terhadap lima orang dapat menunjukkan bahwa arsitektur sistem berfungsi, tetapi belum cukup untuk membuktikan akurasinya pada populasi yang lebih luas atau memastikan kelayakannya untuk diagnosis. Penelitian lanjutan perlu membandingkan hasil perkiraan dengan metode rujukan tekanan darah pada lebih banyak pengguna, aktivitas, dan kondisi kesehatan. Validasi regulasi juga diperlukan sebelum perangkat dapat digunakan secara klinis dan dikomersialkan.

Kesimpulan

Terobosan utama sistem NUS terletak pada arsitekturnya: sensor yang menempel di kulit dipadukan dengan distribusi daya tanpa baterai melalui pakaian dan pengumpulan data menggunakan ponsel pintar. Pendekatan ini berpotensi memudahkan pengamatan pola tekanan darah saat tidur, bangun, berolahraga, bepergian, dan menjalani aktivitas sehari-hari—momen yang sering hanya memberikan sedikit konteks jika pengukuran dilakukan secara berkala menggunakan manset.

Untuk saat ini, prototipe tersebut sebaiknya dipandang sebagai teknologi penelitian yang menjanjikan, bukan pengganti alat pengukur tekanan darah lengan yang telah tervalidasi. Masa depannya akan bergantung pada pembuktian akurasi dalam skala besar, peningkatan daya tahan kain, dan kemampuan menghasilkan pembacaan waktu nyata yang konsisten dalam sistem yang praktis dikenakan.