Инженеры Университета Тафтса создали первый в своем роде гибкий электронный датчик, который можно вшить в одежду для анализа вашего пота на наличие нескольких маркеров. Пластырь можно использовать для диагностики и мониторинга острых и хронических состояний здоровья или для наблюдения за здоровьем во время занятий спортом или на рабочем месте. Устройство, описанное сегодня в журнале NPJ Flexible Electronics , состоит из специальных сенсорных нитей, электронных компонентов и беспроводной связи для сбора, хранения и обработки данных в реальном времени. Обычные потребительские мониторы здоровья могут отслеживать частоту сердечных сокращений, температуру, уровень глюкозы, пройденное расстояние и другие общие измерения. Но более подробное понимание состояния здоровья, стресса и работоспособности человека требуется для сбора медицинских данных или применения в спортивных или военных целях. В частности, метаболические маркеры, такие как электролиты и другие биологические молекулы, обеспечивают более прямой индикатор здоровья человека для точной оценки спортивных результатов, безопасности на рабочем месте, клинической диагностики и лечения хронических заболеваний.
Патч-устройство, созданное инженерами Тафтса, выполняет в реальном времени измерения важных биомаркеров, присутствующих в поте, включая ионы натрия и аммония (электролиты), лактат (метаболит) и кислотность (pH). Платформа устройства также достаточно универсальна, чтобы включать в себя широкий спектр датчиков, позволяющих отслеживать почти каждый маркер, присутствующий в поту. Проведенные измерения могут иметь полезные диагностические приложения. Например, натрий из пота может указывать на состояние гидратации и электролитный дисбаланс в организме; концентрация лактата может быть показателем мышечной усталости; уровни хлоридиона можно использовать для диагностики и мониторинга муковисцидоза; и кортизол, гормон стресса, можно использовать для оценки эмоционального стресса, а также метаболических и иммунных функций.
Спортсмены могут отслеживать широкий спектр маркеров во время физических нагрузок, чтобы помочь в прогнозировании пиков или падений результатов во время соревнований.
Возможность встраивать датчики в одежду стала возможной благодаря гибким нитям, покрытым проводящими чернилами. Различные покрытия изменяют функциональность нитей; например, лактат может быть обнаружен путем покрытия нити ферментативным чувствительным материалом, включающим фермент лактатоксидазу. Нить для измерения pH покрыта полианилином, который реагирует на кислотность и т. д. Набор датчиков ниток интегрируется в одежду или нашивку и подключается к миниатюрному схемному модулю и микропроцессору с возможностью беспроводной связи со смартфоном.
«Пот - полезная жидкость для мониторинга состояния здоровья, поскольку он легко доступен и может собираться неинвазивным способом», - сказала Трупти Терс-Такур, бывший научный сотрудник инженерной школы Университета Тафтса и первый автор исследования. «Маркеры, которые мы можем уловить в поту, также хорошо коррелируют с уровнями в плазме крови, что делает его отличным суррогатным диагностическим средством».
Исследователи протестировали устройство на людях, отслеживая их реакцию на электролиты и метаболиты во время упражнений с максимальной нагрузкой на велотренажерах. Датчики были способны обнаруживать изменения в уровнях аналита по мере их движения вверх и вниз с интервалами от 5 до 30 секунд - этого достаточно для большинства потребностей отслеживания в реальном времени. Испытуемые включали мужчин и женщин с различным уровнем физической подготовки, от физически активных на диете, ориентированной на результат, до людей, которые не были физически активными и не имели особых диетических ограничений. Хотя текущее исследование не предназначалось для определения корреляции между показаниями аналитов и характеристиками и кондиционированием, оно действительно установило, что датчик способен обнаруживать согласованные паттерны экспрессии аналита, которые можно использовать в будущих исследованиях для выявления этих корреляций.
«Патч для датчиков, который мы разработали, является частью более широкой стратегии создания полностью гибких электронных устройств на основе потоков», - сказал Самир Сонкусале, профессор электротехники и компьютерной инженерии в Школе инженерии Тафтса и автор исследования. «Гибкие устройства, вплетенные в ткань и воздействующие непосредственно на кожу, означают, что мы можем отслеживать состояние здоровья и работоспособность не только неинвазивно, но и совершенно незаметно - владелец может даже не почувствовать или не заметить этого».
Источник: Университет Тафтса
