Потоотделение от нагрузки или удушающей температуры в помещении может быть непрактичным для одних пациентов и небезопасным для других. И если они не находятся на втором этапе Тур де Франс, маловероятно, что пациенты захотят весь день потеть ради считывания показаний датчика.
Но исследователи из Университета Цинциннати придумали новый способ стимуляции потовых желез на небольшом изолированном участке кожи, чтобы испытуемые могли сохранять прохладу и комфорт и заниматься своими повседневными делами, не тратя часы на беговую дорожку.Профессор Калифорнийского университета Джейсон Хейкенфельд и выпускник Калифорнийского университета Захари Соннер придумали устройство размером с лейкопластырь, в котором используется химический стимулятор для производства пота, даже когда пациент расслаблен и прохладен. Датчики также могут предсказать, сколько потеют пациенты, что является важным фактором в понимании гормонов или химических веществ, измеряемых биосенсорами.
Исследование было опубликовано 25 июля в нанотехнологическом журнале Lab on a Chip.«Задача состоит не только в том, чтобы делать новые технологические прорывы, подобные этому, но и объединять все эти технологические решения в надежном и технологичном устройстве», — сказал Хайкенфельд.
Он стал соучредителем биосенсорной компании Eccrine Systems, которая занимается именно этим.По данным исследовательской компании IbisWorld, биомедицинские датчики являются частью индустрии медицинских устройств, оцениваемой в США в 88 миллиардов долларов. В ближайшие пять лет отрасль ожидает взрывной рост с появлением новых технологий и усилением конкуренции.
Хайкенфельд помог запустить компанию по производству биосенсоров в Цинциннати в 2013 году с помощью программы UC Technology Accelerator и недавно был назначен помощником вице-президента UC по предпринимательским вопросам и коммерциализации технологий. Он является главным научным сотрудником Eccrine System и сказал, что работа компании начинает привлекать международное внимание.
Анализ крови считается золотым стандартом биометрического анализа. Но биометрическое тестирование с кровью является инвазивным и часто требует использования лаборатории. Врачам гораздо труднее проводить непрерывный мониторинг крови в течение нескольких часов или дней. По словам Хайкенфельда, пот представляет собой неинвазивную альтернативу с химическими маркерами, которые более полезны для наблюдения за здоровьем, чем слюна или слезы.
«Люди долгое время игнорировали пот, потому что, хотя он может быть более качественной жидкостью для биомаркеров, нельзя полагаться на доступ к нему», — сказал Хайкенфельд. «Нашей целью было разработать методы, стимулирующие потоотделение всякий раз, когда это необходимо — или на несколько дней».Хайкенфельд, также директор лаборатории новых устройств Калифорнийского университета, изучает эту проблему в течение семи лет.
Ученые говорят, что пот дает большую часть той же полезной информации о пациентах, что и кровь. По его словам, проблема всегда заключалась в получении такой же стабильной пробы, какой это возможно при стандартном заборе крови.
«Мы считаем, что растворенные вещества, которые вы найдете в крови, вы найдете в потом», — сказал он. «Мы постулировали это в течение некоторого времени и на данный момент не видели ничего, что могло бы изменить нашу гипотезу».По его словам, тестирование пота имеет и другие возможные преимущества перед кровью.
«Если вы сделаете анализ крови, вы получите одну точку данных», — сказал он. «Во многих случаях врачи хотели бы знать, увеличивается или уменьшается концентрация с течением времени».Для исследования исследователи приложили сенсоры и гель, содержащий карбахол, химическое вещество, используемое в глазных каплях, на предплечье испытуемого на 2,5 минуты. Они использовали три метода для получения данных датчика: гель и датчики сами по себе и в сочетании с набивкой из пены с эффектом памяти (для обеспечения лучшего контакта между датчиком и кожей) и ионтофорез, электрический ток при 0,2 миллиампер, который заставляет крошечное количество карбахола в верхний слой кожи и местно стимулирует потовые железы, но не вызывает физических ощущений или дискомфорта.
Затем они записали данные, полученные от пота субъекта в течение 30 минут, используя датчики, измеряющие концентрацию электролитов пота. Карбахол эффективно вызывал потоотделение под сенсором в течение пяти часов. Хайкенфельд сказал, что последующее успешное исследование позволило получить результаты сенсора в течение нескольких дней с использованием этого процесса для стимуляции потоотделения.
Они использовали pH-чувствительный краситель для наблюдения за результатами. Оранжевый краситель стал синим, когда вступил в реакцию с потом.
Это продемонстрировало, что потовые железы стимулировались равномерно по всей сенсорной области.«Эта работа представляет собой значительный шаг вперед в технологии определения пота», — говорится в исследовании.«Представьте себе возможность наблюдать за кардиологическими пациентами после того, как они были выписаны из больницы, или предотвратить обезвоживание у спортсменов, или даже помочь убедиться, что ваше тело получает точные правильные концентрации рецептурного лекарства», — сказал Хайкенфельд.«Конечная цель — удобство и надежность для биомедицинских приложений», — сказал квасцы Соннер, ведущий автор статьи.
«Конечная цель — перенести идею из настольного теста в портативное устройство — возможно, для людей, выполняющих высокие нагрузки, например, пилотов авиакомпаний — и проанализировать их на предмет стресса», — сказал Соннер. «Если вы пилот, вы не можете брать кровь во время полета. Но датчик может анализировать пот, чтобы мы могли начать понимать, как их тело реагирует на стрессовые ситуации».
Исследование проводится в то время, когда многие потребители берут на себя более активную роль в мониторинге химического состава своего тела и используют носимые устройства для отслеживания своего прогресса в достижении некоторых спортивных или оздоровительных целей.Датчики, разработанные UC, могут помочь отслеживать изменения в гормонах, таких как кортизол, который выделяется, когда кто-то находится в состоянии стресса.«Уровни кортизола могут помочь тренерам понять, насколько усердно им нужно тренировать спортсмена, пока они не загнали его слишком далеко», — сказал он.По его словам, именно в этот момент спортивные результаты начинают падать, а вероятность травм резко возрастает.
Возможное использование выходит далеко за рамки олимпийских спортсменов. Исследовательская лаборатория ВВС США на базе ВВС Райт-Паттерсон, партнер Калифорнийского университета в области исследований, чрезвычайно заинтересована в измерении уровня кортизола у пилотов, которые сталкиваются с психологическим и физическим стрессом. По словам Хайкенфельда, мониторинг их здоровья и производительности с течением времени с помощью неинвазивных датчиков был бы чрезвычайно полезен.
Точно так же это может быть полезно для пациентов, которые могут захотеть проводить регулярный мониторинг здоровья дома после операции, сказал Соннер.«Это особенно полезно для последующих посещений, когда обычно необходимо сделать какой-то анализ крови. Вместо этого они могут носить одноразовый пластырь в течение 20 минут», — сказал Соннер.
И сэкономить время и деньги на ненужные поездки в лабораторию крови или кабинет врача? Полностью стоит пота.