В частности, это гибкая сенсорная система, которая может измерять метаболиты и электролиты в поту, калибровать данные на основе температуры кожи и синхронизировать результаты в реальном времени со смартфоном.В то время как мониторы состояния здоровья быстро появились на рынке бытовой электроники за последнее десятилетие, исследователи говорят, что это устройство, о котором сообщалось в выпуске журнала Nature от 28 января, является первой полностью интегрированной электронной системой, которая может обеспечить непрерывный неинвазивный мониторинг нескольких биохимические вещества в поту.
Новинка открывает двери для носимых устройств, которые предупреждают пользователей о проблемах со здоровьем, таких как усталость, обезвоживание и опасно высокая температура тела.«Человеческий пот содержит физиологически богатую информацию, что делает его привлекательной жидкостью для неинвазивных носимых датчиков», — сказал главный исследователь исследования Али Джави, профессор электротехники и компьютерных наук Калифорнийского университета в Беркли. «Однако пот — это сложный процесс, и необходимо измерять несколько целевых показателей, чтобы получить значимую информацию о состоянии вашего здоровья. В связи с этим мы разработали полностью интегрированную систему, которая одновременно и выборочно измеряет несколько аналитов пота и передает обработанные данные по беспроводной сети. на смартфон.
Наша работа представляет собой технологическую платформу для мониторов состояния здоровья на основе пота ».Хейви работал с соавторами исследования Вэй Гао и Сэмом Эмаминеджадом, оба из которых являются научными сотрудниками в его лаборатории.
Эмаминеджад также имеет совместное назначение в Стэнфордской медицинской школе, и все трое связаны с Центром датчиков и приводов Беркли и отделом материаловедения Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.Химические ключи к физическому состоянию человекаЧтобы помочь разработать сенсорную систему пота, Джейви и его команда проконсультировались с физиологом Джорджем Бруксом, профессором интегративной биологии Калифорнийского университета в Беркли.
Брукс сказал, что был впечатлен, когда Джейви и его команда впервые обратились к нему по поводу датчика.«Носимый датчик пота — это действительно невероятно, потому что метаболиты и электролиты, измеряемые устройством Javey, жизненно важны для здоровья и благополучия человека», — сказал Брукс, соавтор исследования. «Изучая влияние физических упражнений на физиологию человека, мы обычно берем образцы крови.
С помощью этой неинвазивной технологии когда-нибудь можно будет узнать, что происходит физиологически, без уколов иглой и без прикрепления к себе маленьких одноразовых стаканчиков».Прототип, разработанный Джави и его исследовательской группой, состоит из пяти датчиков на гибкой печатной плате. Датчики измеряют метаболиты глюкозы и лактата, электролиты натрия и калия и температуру кожи.«Интегрированная система позволяет нам использовать измеренную температуру кожи для калибровки и корректировки показаний других датчиков в реальном времени», — сказал Гао. «Это важно, потому что на реакцию сенсоров глюкозы и лактата может сильно влиять температура».
Разработка умных браслетов и повязок на головуРядом с матрицей датчиков находится беспроводная печатная плата с готовыми кремниевыми компонентами. Исследователи использовали более 10 микросхем интегральных схем, отвечающих за снятие измерений с датчиков, усиление сигналов, корректировку изменений температуры и беспроводную передачу данных.
Исследователи разработали приложение для синхронизации данных с датчиков на мобильные телефоны и установили устройство на «умные» браслеты и повязки на голову.Они подвергли устройство и десятки добровольцев различным упражнениям в помещении и на открытом воздухе.
Субъекты исследования ездили на велотренажерах или бегали на открытом воздухе по трекам и тропам от нескольких минут до более часа.«Мы можем легко уменьшить размер этого устройства, объединив все функции схемы в одном кристалле», — сказал Эмаминеджад. «Количество биохимических веществ, на которые мы нацелены, также может быть увеличено, чтобы мы могли измерить множество вещей одновременно. Это делает возможными крупномасштабные клинические исследования, которые помогут нам лучше понять спортивные результаты и физиологические реакции на упражнения».
Джейви отметил, что долгосрочной целью будет использование этого устройства для исследований на популяционном уровне в медицинских целях.Брукс также отметил, что устройство может использоваться не только для измерения потоотделения.
«Хотя носимая, неинвазивная технология профессора Джэйви хорошо работает на потеющих спортсменах, вероятно, будет много других применений технологии для измерения уровней жизненно важных метаболитов и электролитов у здоровых людей в повседневной жизни», — сказал Брукс. «Он также может быть адаптирован для мониторинга других жидкостей организма людей, страдающих от болезней или травм».Центр датчиков и приводов Беркли и Национальные институты здравоохранения помогли поддержать эту работу.