Носимый электронный датчик пота обнаруживает биомаркеры здоровья

Пейзаж современной медицины и то, как мы следим за своим здоровьем, меняется. За последние несколько десятилетий произошла технологическая революция, когда электронные устройства превратились из больших – и довольно некрасивых – в впечатляюще маленькие и незаметные мини-устройства почти в мгновение ока. Электронные датчики теперь можно миниатюрно превращать в носимые медицинские устройства (WHD), которые можно коммерциализировать для обеспечения различных мер здравоохранения – включая показатели жизненно важных функций и гигиену сна – одним нажатием кнопки на аксессуаре, например на часах.

Определенные физиологические состояния, такие как физические упражнения, болезнь или температура, вызывают колебания в данных, которые могут быть обнаружены в режиме реального времени с помощью датчика, помещая человека в центр его здоровья и благополучия.1 Тем не менее, коммерчески доступные WHDs дают очень мало информации о внутренних изменениях, происходящих в организме.

Метаболические маркеры, такие как электролиты и другие биологические молекулы, собираемые с помощью жидкостей организма, обеспечивают более прямой показатель гомеостаза. Последние достижения в наборе аналитических технологий, обычно применяемых в исследованиях омики, таких как масс-спектрометрия, позволяют ученым выявлять небольшие молекулярные изменения, которые происходят в клетках и тканях, с более высокой чувствительностью и скоростью, чем когда-либо прежде. Но этот сбор данных не в режиме реального времени, является сложным и часто требует инвазивной процедуры для сбора образца

Выводы, предлагаемые WHD, способными собирать и хранить информацию в реальном времени о биологических, молекулярных изменениях, применимы ко многим областям здоровья человека и образа жизни. Например, в клиническом контексте эта информация может дать клиницистам более целостное представление о здоровье человека. В спортивной тренировке данные могут быть использованы для персонализации и адаптации тренировочных программ для конкретных спортсменов.

В 2019 году Технологические сети интервью Профессор Эммануил Петрикойн – пионер исследований протеомики – о будущем области. Он обсудил свои ожидания, что omics будет «меньше о методах обнаружения», а больше о «внедрении этих методов обнаружения в практические приложения, которые мы видим в нашей повседневной жизни», такие как «носимые устройства, которые могут воспринимать окружающую среду» или имплантированные наносенсоры » внутри тела “.

Прогноз Петрикоина оказался верным. Инженеры из Университета Тафтса поделились своими исследованиями в области разработки гибкого электронного датчика, который анализирует потоотделение для различных биологических маркеров, включая натрий, аммоний, pH и лактат, непосредственно из пота и в виде ленты, которую можно пришить на одежду. Исследование опубликовано сегодня в
npj Гибкая электроника,2

Уникальное использование для помощи группы


Платформа датчика выполнена в виде пластыря, где нити помещаются на тканевую марлю промышленного бандажа, причем эта марля обеспечивает перенос пота из чувствительной области на пластыре на обратную сторону пластыря для испарения. Тем не менее, края марли являются герметиком, чтобы предотвратить испарение пота с сенсорная зона.

Пот измеряется на поверхности сенсора для измерения в реальном времени, а нити соединяются с беспроводной электроникой считывания, которая позволяет получать и собирать данные в реальном времени для обнаружения и обнаружения биомаркеров. Бумага открытого доступа в

npj Гибкая электроника предоставляет наглядное пособие для понимания платформы датчика.

Моча и кровь – это жидкости организма, обычно используемые для мониторинга здоровья; довольно редко вы посещаете врача и просите предоставить бутылку пота для клинического анализа. Так почему же полезна способность анализировать пот?

«Пот является полезной жидкостью для мониторинга состояния здоровья, так как он легко доступен и может собираться неинвазивно», – сказал Трупти Терсе-Такур, бывший постдокторант в Технической школе Университета Тафтса и первый автор исследования. пресс-релиз. «Маркеры, которые мы можем обнаружить в поту, также хорошо коррелируют с уровнями в плазме крови, что делает его отличной суррогатной диагностической жидкостью».

Terse-Thakoor и коллеги решили проверить пластырь на людях, чтобы контролировать их электролит и метаболическую реакцию на физические нагрузки. Всего было задействовано семь участников, в том числе мужчины и женщины, которые имели разные физические возможности и не имели диетических ограничений. Датчик был нанесен на их кожу до того, как они прошли минимум 30 минут упражнений либо на стационарном велосипеде, либо на беговой дорожке. В течение всего периода тренировки датчики обнаруживали колебания в аналитах с интервалом от пяти до 30 секунд, период времени, который соответствует коммерчески доступным технологиям мониторинга в реальном времени.

Уровни аналита колебались как функция поглощения кислорода, измеренная в тесте максимального поглощения кислорода субъектами, который считается «золотым стандартом» теста на физическую подготовленность.

Часть более широкой стратегии

Исследование обеспечивает доказательство осуществимости, но не имеет строгих стандартизированных измерений и статистически подтвержденных данных на данный момент. Авторы кивают на это в своих обсуждение написать и предположить, что это будет следующим шагом для разработки датчика: «Датчики могут быть статистически проверены на предмет их эффективности в непрерывных измерениях мультиплексированных биомаркеров в реальном времени в контексте базовых клинических испытаний вместо редких стандартизированных измерения «.

Патч датчика, разработанный исследователями, является частью «более широкой стратегии», которая сделает «полностью гибкие электронные устройства на основе потоков», по словам Самира Сонкусале, профессора по электротехнике и вычислительной технике в Школе инженерии Тафтса и соответствующего автора учиться.


Является ли электронная одежда как устройство здоровья футуристической, или она появится здесь раньше, чем мы думаем? «По-прежнему появляющаяся» технология стоит за этим, и исследовательские проекты, такие как исследование Терсе-Такура и его коллег, должны преодолеть много препятствий, но, как пишут Диас и Кунья в своем обзоре
Носимые медицинские приборы – мониторинг жизненно важных функций, системы и технологии: Oни [WHDs] ожидается, что они «преодолеют свои проблемы» и выйдут на потребительский рынок «с более сильным влиянием в последующие годы».1

Ссылки:

1. Диас и Кунья. (2018). Носимые медицинские приборы – мониторинг жизненно важных функций, системы и технологии. Датчики. DOI: 10,3390 / s18082414.

2. Terse-Thakoor et al. (2020). Мультиплексированный сенсорный патч на основе потока для мониторинга пота в реальном времени. npj Гибкая электроника. DOI: https://doi.org/10.1038/s41528-020-00081-w,

Leave a Comment