Sungbong Kim, Roozbeh Ghaffari, John A. Rogers
Βασικές επιλογές
- Οι επιστήμονες δημιούργησαν μια συσκευή αίσθησης ιδρώτα με τη μορφή ενός λεπτού, εύκαμπτου, υδατοστεγούς αυτοκόλλητου επιθέματος.
- Η συσκευή μπορεί να αναλύσει ιδρώτα για βιοχημικά όπως κορτιζόλη, γλυκόζη, βιταμίνη C και χλώριο.
- Μπορεί να μετρήσει βασικούς φυσιολογικούς δείκτες για να βοηθήσει τους ανθρώπους να παρακολουθούν την υγεία, τον αθλητισμό, ακόμη και τη στρατιωτική απόδοση.
Μόνο μια σταγόνα ιδρώτα μπορεί να αποκαλύψει πολλά για το σώμα ενός ατόμου. Τώρα, η κατανόηση ορισμένων βασικών στοιχείων της βιοχημείας σας μπορεί να είναι τόσο εύκολη όσο το χτύπημα σε ένα αυτοκόλλητο έμπλαστρο και το σύρετε κοντά στο smartphone σας.
Σε μια δημοσίευση που δημοσιεύθηκε αυτήν την εβδομάδα τοΠρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών, μια ομάδα ερευνητών ανακοίνωσε την ανάπτυξη λεπτών, εύκαμπτων μπαλωμάτων που μπορούν να συλλέξουν και να αναλύσουν μικρές ποσότητες ιδρώτα σε πραγματικό χρόνο.
«Τα μαλακά μικρορευστικά συστήματα που συλλαμβάνουν, αποθηκεύουν και εκτελούν ανάλυση βιοδεικτών μικρολίτρων όγκων ιδρώτα, in situ, καθώς αναδύεται από την επιφάνεια του δέρματος, αντιπροσωπεύουν μια αναδυόμενη κατηγορία φορετής τεχνολογίας με ισχυρές δυνατότητες που συμπληρώνουν αυτές των παραδοσιακών βιοφυσικών συσκευών ανίχνευσης Γράφουν οι συγγραφείς της εφημερίδας.
Αυτό το έμπλαστρο χρησιμοποιεί χημεία αλλαγής χρώματος για να μετρήσει τα επίπεδα γλυκόζης, γαλακτικού, χλωρίου, κορτιζόλης και πολλά άλλα. Αυτά μπορούν να βοηθήσουν στην αξιολόγηση διαφόρων συστατικών της υγείας ενός ατόμου, όπως το επίπεδο ενυδάτωσης και το άγχος.
"Αυτό που προσπαθούμε να κάνουμε είναι να αναπτύξουμε μια σειρά τεχνολογιών που μπορούν να αποδοθούν με τη μορφή αυτοκόλλητου", συν-συγγραφέας John Rogers, PhD, καθηγητής βιοϊατρικής μηχανικής, επιστήμης υλικών και νευρολογικής χειρουργικής στο Northwestern University, λέει στο VeryWell. "Αυτό είναι το είδος της υψηλής ένδειξης για εμάς όσον αφορά το εύρος της λειτουργικότητας σε μια συσκευή αυτού του τύπου."
Τι σημαίνει αυτό για εσάς
Τα αυτοκόλλητα μπαλώματα θα είναι σύντομα διαθέσιμα στους καταναλωτές για χρήση στον αθλητισμό και τη διατροφή. Οι συσκευές ανίχνευσης ιδρώτα έχουν τη δυνατότητα να δοκιμάσουν πολλές μετρήσεις υγείας και θα μπορούσαν να ενσωματωθούν σύντομα σε φορετά όπως τα έξυπνα ρολόγια.
Πώς λειτουργεί το Patch
Η εξέταση αίματος είναι η πιο κοινή μέθοδος συλλογής πληροφοριών σχετικά με ορισμένα βασικά βιοχημικά όπως το νάτριο, το κάλιο, το χλωρίδιο και η ουρία. Αυτή η διαδικασία είναι επεμβατική, ωστόσο, καθώς απαιτεί τρύπημα του δέρματος ή διείσδυση με σύριγγα. Αυτό το καθιστά λιγότερο ελκυστικό ως μια ρουτίνα διαδικασία.
Ο ιδρώτας, από την άλλη πλευρά, μπορεί να συλλεχθεί από την επιφάνεια του δέρματος χωρίς καμία επεμβατική δράση. Και περιέχει μια σειρά βιοχημικών που είναι χρήσιμα για την κατανόηση και τη διαμόρφωση των αποτελεσμάτων της υγείας.
Ιστορικά, η συλλογή ιδρώτα ήταν ιδιαίτερα δύσκολη. Μερικές φορές περιελάμβανε το ξύσιμο από το δέρμα με ένα εργαλείο που δεν μοιάζει με ένα ελαστικό μάκτρο. Κατά τη βόσκηση του δέρματος, υλικά όπως κύτταρα του δέρματος, βρωμιά και λάδι θα μπορούσαν να μολύνουν ακούσια το δείγμα.
Αυτή η νέα συσκευή χρησιμοποιεί μικρο-ρευστή τεχνολογία για να κατευθύνει μικρές ποσότητες ιδρώτα μέσω μικροσκοπικών καναλιών, βαλβίδων και δεξαμενών στο έμπλαστρο. Όταν ο ιδρώτας απελευθερώνεται από τους πόρους του δέρματος, ταξιδεύει μέσω αυτών των οδών και αλληλεπιδρά με προσδιορισμούς - συστατικά για τη μέτρηση της σύνθεσης των χημικών ουσιών από τον ιδρώτα. Αυτό το σταθερό έμπλαστρο όχι μόνο διασφαλίζει ότι το δείγμα ιδρώτα είναι παρθένο, αλλά επιτρέπει επίσης την ανάλυσή του σε πραγματικό χρόνο.
«Αυτές οι πλατφόρμες μικρορευστοτήτων έχουν αλλάξει τα πρωτόκολλα που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για να μελετήσετε τον ιδρώτα», λέει ο Rogers, ο οποίος είναι επίσης ο ιδρυτής του Κέντρου Ηλεκτρονικών Ηλεκτρονικών.
Τα έμπλαστρα είναι σχετικά μη εμφανή στον χρήστη. Ένας λόγος για το μικρό μέγεθος και την εύκαμπτη δομή του είναι ότι το έμπλαστρο δεν περιέχει ογκώδη μπαταρία. Αντ 'αυτού, τροφοδοτείται μέσω αλληλεπιδράσεων με smartphone.
Αξιοποίηση τεχνολογίας επικοινωνιών σε κοντινή απόσταση που επιτρέπει λειτουργίες όπως ασύρματες πληρωμές, το έμπλαστρο και το smartphone μπορούν να ανταλλάσσουν αποτελεσματικά ενέργεια και πληροφορίες. Το έμπλαστρο λαμβάνει ενέργεια ασύρματα χρησιμοποιώντας ραδιοκύματα από το τηλέφωνο και πληροφορίες σχετικά με τον ιδρώτα - όπως πόσα συλλέχθηκαν και το χημικό του μακιγιάζ - κοινοποιούνται πίσω στο τηλέφωνο.
Η συσκευή πρέπει να βρίσκεται πολύ κοντά σε ένα smartphone για να λειτουργεί, πράγμα που σημαίνει ότι ο χρήστης πρέπει να σύρει το τηλέφωνό του κοντά στο έμπλαστρο για να λάβει ισχύ. Όμως, λέει ο Rogers, οι επιστήμονες θα μπορούσαν να αναπτύξουν μια συσκευή με μεγαλύτερη κεραία που θα μπορούσε να εγκατασταθεί σε κάτι σαν ένα ποδήλατο γυμναστικής για πιο συνεχή ανάγνωση.
Τι μπορεί να μας πει ο ιδρώτας
Η μη επεμβατική φύση της συλλογής ιδρώτα μπορεί να είναι πολύ χρήσιμη, ειδικά για άτομα που βασίζονται σε συνήθεις εξετάσεις αίματος για να μετρήσουν την κατάσταση της υγείας τους.
«Το μειονέκτημα είναι ότι κανείς δεν ξέρει πραγματικά πολλά για τον ιδρώτα», λέει ο Rogers. "Έχει αυτά τα χημικά συστατικά - είναι γνωστά. Αλλά το πώς συσσωρεύεται ενάντια στο αίμα είναι μια ενδιαφέρουσα ερευνητική ερώτηση και είμαστε ακριβώς στη μέση αυτού. "
Η ερευνητική του ομάδα συνεργάζεται με μια ομάδα καρδιολόγων στο Παιδικό Νοσοκομείο Lurie στο Σικάγο για να κατανοήσει καλύτερα πώς οι βιοδείκτες στον ιδρώτα συγκρίνονται με εκείνους στο αίμα. Για παράδειγμα, τόσο ο ιδρώτας όσο και το αίμα περιέχουν γλυκόζη. Οι ερευνητές θα μετρήσουν τα επίπεδα και στα δύο δείγματα και θα αξιολογήσουν εάν και πώς συσχετίζονται τα δύο, προκειμένου να καταστούν οι αισθητήρες ιδρώτα πιο ακριβείς και χρήσιμοι.
Η μέτρηση του τρόπου με τον οποίο η κορτιζόλη, καθώς και η γλυκόζη και η βιταμίνη C, απελευθερώνονται στο σώμα μέσω του ιδρώτα θα μπορούσε επίσης να δώσει πληροφορίες για την ψυχική υγεία και τη σωματική πίεση του χρήστη. Η κορτιζόλη απελευθερώνεται σε απόκριση σε σωματικούς και ψυχικούς στρες και μπορεί να προκαλέσει κατανάλωση γλυκόζης όταν το σώμα ξεκινά σε μια απόκριση μάχης ή πτήσης. Επιπλέον, τα αυξημένα επίπεδα κορτιζόλης συνδέονται με καταστάσεις όπως η παχυσαρκία, ο διαβήτης, η υπέρταση και η κατάθλιψη.
Οι συγγραφείς ελπίζουν ότι η παρακολούθηση αυτών των βιοχημικών μέσω του ιδρώτα θα οδηγήσει σε μεγαλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αλληλεπιδρούν η κορτιζόλη, η γλυκόζη και η βιταμίνη C.
Πώς θα χρησιμοποιηθούν συσκευές ανίχνευσης ιδρώτα
Τα τρέχοντα μοντέλα smartwatch - όπως το Apple Watch και το Fitbit - περιλαμβάνουν εργαλεία για τη μέτρηση του καρδιακού ρυθμού, της κίνησης και των επιπέδων οξυγόνου στο αίμα. Για να προχωρήσει πέρα από αυτές τις φυσικές μετρήσεις, η προσθήκη ενός αισθητήρα ιδρώτα θα επέτρεπε στους χρήστες να παρακολουθούν τις βιοχημικές ιδιότητες και τις επιπτώσεις τους στην υγεία του χρήστη.
«Έχω την αίσθηση ότι τελικά, αυτοί οι μεγάλοι παίκτες στην αγορά θα πάρουν την αίσθηση του ιδρώτα επειδή δεν είναι επεμβατική», λέει ο Tolga Kaya, PhD, διευθυντής των προγραμμάτων μηχανικών στο Sacred Heart University στο Κονέκτικατ. «Μόλις το εφαρμόσουν στα ρολόγια τους, τότε θα γίνει μεγαλύτερο».
Με βάση την έρευνα του Rogers και της ομάδας του, ο Gatorade ανέπτυξε το GX Sweat Patch. Το προϊόν είναι μια απλοποιημένη έκδοση αυτής που περιγράφεται στη μελέτη και δοκιμάζει μόνο παράγοντες που σχετίζονται με τους αθλητές, όπως τα επίπεδα ενυδάτωσης και ηλεκτρολυτών.
Το προϊόν ανακοινώθηκε μέσω διαφήμισης κατά τη διάρκεια του ημιχρόνου στο παιχνίδι NBA All-Star τον Φεβρουάριο και θα είναι διαθέσιμο σε καταστήματα αθλητικών ειδών τον επόμενο χρόνο. Το patch πέρασε επίσης στον εικονικό χώρο ως προϊόν στην πιο πρόσφατη έκδοση του βιντεοπαιχνιδιού NBA 2K.
Αυτή η τεχνολογία έχει διάφορες χρήσεις στους τομείς του αθλητισμού και της διατροφής, συμπεριλαμβανομένης της παρακολούθησης της απώλειας ιδρώτα και των επιπέδων ηλεκτρολυτών.
«Μπορείτε να πείτε εάν κάποιος είναι ενυδατωμένος ή αφυδατωμένος σε πραγματικό χρόνο, κάτι που είναι πολύ χρήσιμο γιατί όταν παρατηρήσετε ότι είστε διψασμένοι ή αφυδατωμένοι, είναι ήδη πολύ αργά για να το επαναφέρετε», λέει ο Tolga, ο οποίος δεν είναι συνδεδεμένος με το Βορειοδυτικό χαρτί. "Χάνετε την ψυχική απόδοση, τη φυσική απόδοση αρκετά γρήγορα."
Οι Rogers και Tolga λένε ότι αυτές οι συσκευές θα μπορούσαν επίσης να είναι χρήσιμες για τον στρατό. Προκειμένου να διατηρηθεί καλύτερα η υγεία των ανθρώπων, αυτά τα μπαλώματα θα μπορούσαν να εκτιμήσουν τα επίπεδα ενυδάτωσης και κορτιζόλης για να εξασφαλίσουν μέγιστη σωματική και ψυχική απόδοση.
Καθώς οι επιστήμονες μαθαίνουν πώς να κατασκευάζουν συσκευές που συνυπάρχουν με ζωντανά συστήματα, υπάρχει περιθώριο για απίστευτες πιθανότητες. Από τις εμφυτεύσιμες συσκευές για τον εγκέφαλο έως τις επιδιορθώσεις για την παρακολούθηση της νεογνικής υγείας, ο Rogers λέει ότι υπάρχουν πολλοί τρόποι που τα νέα εργαλεία μπορούν να μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε καλύτερα τη βασική μας βιολογία.
«Είναι ένας πολύ πλούσιος, ευρύς χώρος για να κάνουμε ακαδημαϊκή έρευνα προσανατολισμένη στην ανακάλυψη», λέει ο Rogers. «Είναι ένα είδος επιστήμης με συνέπειες, με μια έννοια. Εάν αναπτύξετε μια κατανόηση, μπορεί να είστε σε θέση να δημιουργήσετε τις βάσεις για τεχνολογίες που θα μπορούσαν να μεταμορφώσουν τους τρόπους με τους οποίους κάνουμε την υγειονομική περίθαλψη με άμεσα οφέλη και βελτιωμένα αποτελέσματα για τους ασθενείς, μειωμένο κόστος και δυνατότητα ανάπτυξης σε φτωχές περιοχές του πλανήτη. "
