Sungbong Kim, Roozbeh Ghaffari, John A. Rogers
Kluczowe wnioski
- Naukowcy zbudowali urządzenie wykrywające pot w postaci cienkiej, elastycznej i wodoszczelnej plastra przylepnego.
- Urządzenie może analizować pot pod kątem substancji biochemicznych, takich jak kortyzol, glukoza, witamina C i chlor.
- Może mierzyć kluczowe markery fizjologiczne, aby pomóc ludziom monitorować stan zdrowia, lekkoatletykę, a nawet wyniki wojskowe.
Wystarczy kropla potu, aby wiele powiedzieć o ciele człowieka. Zrozumienie niektórych kluczowych elementów biochemii może być tak proste, jak przyklejenie plastra samoprzylepnego i przesunięcie go w pobliże smartfona.
W artykule opublikowanym w tym tygodniu wMateriały z National Academy of Sciences, zespół naukowców ogłosił opracowanie cienkich, elastycznych plastrów, które mogą zbierać i analizować niewielkie ilości potu w czasie rzeczywistym.
„Miękkie systemy mikroprzepływowe, które wychwytują, przechowują i wykonują analizę biomarkerów mikrolitrowych objętości potu, in situ, gdy wyłania się on z powierzchni skóry, reprezentują nową klasę technologii do noszenia z potężnymi możliwościami, które uzupełniają tradycyjne biofizyczne urządzenia wykrywające , ”Piszą autorzy artykułu.
Ten plaster wykorzystuje chemię zmieniającą kolor do pomiaru poziomu glukozy, mleczanu, chloru, kortyzolu i innych. Mogą one pomóc ocenić różne elementy zdrowia osoby, takie jak poziom nawodnienia i stres.
„Staramy się opracować zestaw technologii, które można odwzorować w formie naklejek” - współautor dr John Rogers, profesor inżynierii biomedycznej, materiałoznawstwa i chirurgii neurologicznej na Northwestern University, mówi VeryWell. „To dla nas swego rodzaju znak wysokiego poziomu, jeśli chodzi o zakres funkcjonalności urządzenia tego typu”.
Co to oznacza dla Ciebie
Wkrótce konsumenci będą mieli dostęp do plastrów samoprzylepnych do użytku w lekkoatletyce i żywieniu. Urządzenia wykrywające pot mają możliwość testowania wielu wskaźników zdrowotnych i mogą wkrótce zostać zintegrowane z urządzeniami do noszenia, takimi jak smartwatche.
Jak działa poprawka
Badanie krwi jest najpowszechniejszą metodą uzyskiwania informacji o niektórych kluczowych substancjach biochemicznych, takich jak sód, potas, chlorek i mocznik. Jest to jednak proces inwazyjny, gdyż wymaga nakłucia skóry lub przebicia jej strzykawką. To sprawia, że jest mniej atrakcyjny jako rutynowy proces.
Z drugiej strony pot można zbierać z powierzchni skóry bez inwazyjnych działań. Zawiera również szereg biochemikaliów, które są przydatne do zrozumienia i kształtowania wyników zdrowotnych.
Historycznie rzecz biorąc, zbieranie potu było szczególnie trudne. Czasami wymagało to zeskrobania go ze skóry narzędziem podobnym do ściągaczki. Podczas podrażniania skóry materiały takie jak komórki skóry, brud i olej mogą przypadkowo zanieczyścić próbkę.
To nowe urządzenie wykorzystuje technologię mikroprzepływową do kierowania niewielkich ilości potu przez maleńkie kanały, zawory i zbiorniki w plastrze. Kiedy pot jest uwalniany z porów w skórze, przemieszcza się on tymi drogami i wchodzi w interakcje z testami - składnikami do pomiaru składu chemikaliów z potu. Ta nieruchoma łatka nie tylko zapewnia nieskazitelną czystość próbki potu, ale także umożliwia jej analizę w czasie rzeczywistym.
„Te platformy mikroprzepływowe zmieniły protokoły, których można używać do badania potu” - mówi Rogers, który jest również założycielem Centrum Bio-Zintegrowanej Elektroniki.
Plastry są stosunkowo niepozorne dla użytkownika. Jednym z powodów niewielkich rozmiarów i elastycznej struktury jest to, że łatka nie zawiera nieporęcznej baterii. Zamiast tego jest zasilany przez interakcje ze smartfonami.
Wykorzystując technologię komunikacji bliskiego zasięgu, która umożliwia takie funkcje, jak płatności bezprzewodowe, łatka i smartfon mogą skutecznie wymieniać energię i informacje. Plaster jest zasilany bezprzewodowo za pomocą fal radiowych z telefonu, a informacje o pocie - np. Ilość zebranego potu i jego skład chemiczny - są przesyłane z powrotem do telefonu.
Aby urządzenie działało, musi znajdować się blisko smartfona, co oznacza, że użytkownik musi przesunąć telefon blisko łaty, aby uzyskać zasilanie. Jednak, jak mówi Rogers, naukowcy mogliby opracować urządzenie z większą anteną, którą można by zainstalować na czymś takim jak rower treningowy, aby uzyskać bardziej ciągły odczyt.
Co pot może nam powiedzieć
Nieinwazyjny charakter zbierania potu może być bardzo przydatny, zwłaszcza dla osób, które polegają na rutynowych badaniach krwi w celu oceny swojego stanu zdrowia.
„Wadą jest to, że nikt tak naprawdę nie wie wszystkiego o pocie” - mówi Rogers. „Ma te składniki chemiczne - to wiadomo. Ale to, w jaki sposób przeciwstawia się krwi, jest interesującym pytaniem badawczym i jesteśmy w samym środku tego ”.
Jego grupa badawcza współpracuje z zespołem kardiologów ze Szpitala Dziecięcego Lurie w Chicago, aby lepiej zrozumieć porównanie biomarkerów w pocie do tych we krwi. Na przykład, zarówno pot, jak i krew zawierają glukozę. Naukowcy zmierzą poziomy w obu próbkach i ocenią, czy i jak są one ze sobą skorelowane, aby zwiększyć dokładność i użyteczność czujników potu.
Pomiar sposobu, w jaki kortyzol, a także glukoza i witamina C są uwalniane w organizmie wraz z potem, może również dostarczyć informacji na temat zdrowia psychicznego i fizycznego stresu użytkownika. Kortyzol jest uwalniany w odpowiedzi na stresory fizyczne i psychiczne i może wywołać spożycie glukozy, gdy organizm zareaguje na walkę lub ucieczkę. Ponadto podwyższony poziom kortyzolu jest powiązany z takimi stanami, jak otyłość, cukrzyca, nadciśnienie i depresja.
Autorzy mają nadzieję, że śledzenie tych biochemicznych substancji poprzez pot doprowadzi do lepszego zrozumienia interakcji kortyzolu, glukozy i witaminy C.
Jak będą używane urządzenia wykrywające pot
Aktualne modele smartwatchów - takie jak Apple Watch i Fitbit - zawierają narzędzia do pomiaru tętna, ruchu i poziomu tlenu we krwi. Aby wyjść poza te fizyczne pomiary, dodanie czujnika potu umożliwiłoby użytkownikom śledzenie właściwości biochemicznych i ich wpływu również na zdrowie użytkownika.
„Mam wrażenie, że w końcu ci wielcy gracze na rynku przejmą kontrolę nad poceniem się, ponieważ nie jest to inwazyjne” - mówi dr Tolga Kaya, dyrektor programów inżynieryjnych na Sacred Heart University w Connecticut. „Kiedy już zaimplementują to w swoich zegarkach, to będzie większe”.
Opierając się na badaniach Rogersa i jego zespołu, Gatorade opracował naszywkę GX Sweat Patch. Produkt jest uproszczoną wersją tego opisanego w badaniu i testuje jedynie czynniki istotne dla sportowców, takie jak nawodnienie i poziom elektrolitów.
Produkt został zapowiedziany w reklamie podczas przerwy w meczu NBA All-Star w lutym i będzie dostępny w sklepach sportowych w przyszłym roku. Łatka wkroczyła również w wirtualną rzeczywistość jako produkt w najnowszej wersji gry wideo NBA 2K.
Technologia ta ma różne zastosowania w lekkoatletyce i żywieniu, w tym śledzenie utraty potu i poziomu elektrolitów.
„Możesz stwierdzić, czy ktoś jest nawodniony lub odwodniony w czasie rzeczywistym, co jest bardzo pomocne, ponieważ kiedy zauważysz, że jesteś spragniony lub odwodniony, jest już za późno, aby go przywrócić” - mówi Tolga, który nie jest powiązany z Papier północno-zachodni. „Dość szybko tracisz sprawność umysłową i sprawność fizyczną”.
Rogers i Tolga twierdzą, że te urządzenia mogą być również przydatne dla wojska. Aby lepiej zachować zdrowie osób korzystających z usług, takie plastry mogą oceniać ich nawodnienie i poziom kortyzolu, aby zapewnić najwyższą sprawność fizyczną i umysłową.
Kiedy naukowcy dowiadują się, jak konstruować urządzenia, które współistnieją z żywymi systemami, pojawia się miejsce na niesamowite możliwości. Rogers twierdzi, że nowe narzędzia mogą pomóc nam lepiej zrozumieć naszą podstawową biologię na wiele sposobów, od wszczepialnych urządzeń dla mózgu po plastry do śledzenia stanu zdrowia noworodków.
„To naprawdę bogata, szeroka przestrzeń do prowadzenia badań akademickich zorientowanych na odkrywanie” - mówi Rogers. - W pewnym sensie to rodzaj nauki, która ma konsekwencje. Jeśli rozwiniesz zrozumienie, możesz stworzyć podstawy dla technologii, które mogą zmienić sposób, w jaki zapewniamy opiekę zdrowotną, z bezpośrednimi korzyściami i lepszymi wynikami dla pacjentów, obniżonymi kosztami i możliwością rozmieszczenia na zubożałych obszarach planety. ”
