Wielozadaniowe urządzenie wearable w sposób ciągły monitoruje poziom glukozy, alkoholu i mleczanów

 Wyobraź sobie, że możesz mierzyć poziom cukru we krwi, wiedzieć, czy nie wypiłeś za dużo i śledzić zmęczenie mięśni podczas treningu - wszystko to za pomocą jednego małego urządzenia noszonego na skórze. Inżynierowie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego opracowali prototyp takiego urządzenia, które może stale monitorować kilka wskaźników zdrowotnych - poziom glukozy, alkoholu i mleczanu - jednocześnie w czasie rzeczywistym.

Urządzenie ma wielkość stosu sześciu ćwiartek. Nakłada się je na skórę za pomocą przypominającego rzep plastra z mikroskopijnymi igłami (mikroigłami), z których każda ma szerokość około jednej piątej ludzkiego włosa. Noszenie urządzenia nie jest bolesne - mikroigły ledwie przenikają przez powierzchnię skóry, aby wykryć biomolekuły w płynie śródmiąższowym, czyli płynie otaczającym komórki znajdujące się pod skórą. Urządzenie można nosić na ramieniu, a dane przesyła bezprzewodowo do specjalnej aplikacji na smartfona.

Naukowcy z UC San Diego Center for Wearable Sensors opisują swoje urządzenie w artykule opublikowanym 9 maja w Nature Biomedical Engineering.

"To jest jak kompletne laboratorium na skórze" - powiedział dyrektor centrum Joseph Wang, profesor nanoinżynierii na UC San Diego i współautor pracy. "Jest ono w stanie w sposób ciągły mierzyć wiele biomarkerów jednocześnie, umożliwiając użytkownikom monitorowanie stanu zdrowia i samopoczucia podczas wykonywania codziennych czynności".

Większość komercyjnych monitorów zdrowia, takich jak ciągłe monitory glukozy dla pacjentów z cukrzycą, mierzy tylko jeden sygnał. Problem w tym, jak twierdzą badacze, że pomija to informacje, które mogłyby pomóc osobom chorym na cukrzycę, na przykład, w bardziej efektywnym zarządzaniu chorobą. Monitorowanie poziomu alkoholu jest przydatne, ponieważ picie alkoholu może obniżać poziom glukozy. Znajomość obu tych poziomów może pomóc osobom chorym na cukrzycę zapobiec zbytniemu spadkowi poziomu cukru we krwi po spożyciu alkoholu. Łączenie informacji o mleczanach, które można monitorować podczas ćwiczeń jako biomarker zmęczenia mięśni, jest również przydatne, ponieważ aktywność fizyczna wpływa na zdolność organizmu do regulowania poziomu glukozy.

"Dzięki naszemu urządzeniu ludzie mogą zobaczyć, jak skoki lub spadki poziomu glukozy wpływają na ich dietę, ćwiczenia fizyczne i spożywanie napojów alkoholowych. Może to również poprawić jakość ich życia" - powiedział Farshad Tehrani, doktorant nanoinżynierii w laboratorium Wanga i jeden z pierwszych autorów badania.

Mikroigły połączone z elektroniką

Urządzenie do noszenia składa się z plastra z mikroigłami połączonego z obudową elektroniki. Różne enzymy na końcówkach mikroigieł reagują z glukozą, alkoholem i mleczanem w płynie śródmiąższowym. Reakcje te generują niewielkie prądy elektryczne, które są analizowane przez czujniki elektroniczne i bezprzewodowo przekazywane do aplikacji opracowanej przez badaczy. Wyniki są wyświetlane w czasie rzeczywistym na smartfonie.

Zaletą stosowania mikroigieł jest to, że bezpośrednio pobierają one próbki płynu śródmiąższowego, a badania wykazały, że poziomy biochemiczne mierzone w tym płynie dobrze korelują z poziomami we krwi.

"Zaczynamy w naprawdę dobrym momencie, jeśli chodzi o przydatność kliniczną i znaczenie tej technologii" - powiedział Patrick Mercier, profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej na UC San Diego i współautor pracy. "To obniża bariery dla przekładu klinicznego".

Plaster z mikroigłami, który jest jednorazowego użytku, można odłączyć od elektronicznego etui w celu łatwej wymiany. W obudowie elektronicznej, która jest wielokrotnego użytku, znajduje się bateria, czujniki elektroniczne, nadajnik bezprzewodowy i inne elementy elektroniczne. Urządzenie można ładować za pomocą dowolnej ładowarki bezprzewodowej stosowanej w telefonach i smartwatchach.

Zintegrowanie wszystkich tych elementów w jednym małym, bezprzewodowym urządzeniu było jednym z największych wyzwań dla zespołu. Połączenie elektroniki wielokrotnego użytku, która musi pozostać sucha, z plastrem z mikroigłami, który jest narażony na kontakt z płynami biologicznymi, wymagało również sprytnego projektu i inżynierii.

"Piękno tego rozwiązania polega na tym, że jest to w pełni zintegrowany system, który można nosić bez konieczności podłączania go do urządzeń stacjonarnych" - powiedział Mercier, który jest również współdyrektorem Centrum Czujników Noszonych UC San Diego.

Testy

Urządzenie do noszenia przetestowano na pięciu ochotnikach, którzy nosili je na ramieniu podczas ćwiczeń, posiłku i lampki wina. Urządzenie służyło do ciągłego monitorowania poziomu glukozy u ochotników, a także poziomu alkoholu i mleczanów. Pomiary glukozy, alkoholu i mleczanów wykonane za pomocą urządzenia ściśle odpowiadały pomiarom wykonanym odpowiednio przez komercyjny monitor glukozy we krwi, alkomat i pomiary mleczanów we krwi przeprowadzone w laboratorium.

Kolejne kroki

Farshad Tehrani i współautor pracy, Hazhir Teymourian, który jest byłym badaczem podoktorskim w laboratorium Wanga, założyli firmę AquilX, aby dalej rozwijać tę technologię w celu jej komercjalizacji. Kolejne kroki obejmują testowanie i ulepszanie tego, jak długo plaster z mikroigłami może wytrzymać, zanim zostanie wymieniony. Firma jest również podekscytowana możliwością dodania do urządzenia kolejnych czujników w celu monitorowania poziomu leków u pacjentów oraz innych sygnałów zdrowotnych.

 University of California - San Dieg

businews.pl
itnews24.pl
itlife.pl
ofio.pl
forsal.pl