Это простое и недорогое устройство размером чуть больше четверти и примерно такой же толщины анализирует ключевые биомаркеры, чтобы помочь человеку быстро решить, нужно ли что-то изменить, например, выпить больше воды или пополнить запасы электролитов, или что-то не так с медицинской точки зрения. наперекосяк.Разработанный для одноразового использования в течение нескольких часов, устройство, размещаемое непосредственно на коже предплечья или спины, даже обнаруживает наличие биомаркера муковисцидоза. В будущем его можно будет шире использовать для диагностики заболеваний.«Интимный интерфейс кожи, созданный этой носимой, похожей на кожу микрофлюидной системой, обеспечивает новые возможности измерения, недоступные для тех видов впитывающих подушечек и губок, которые в настоящее время используются для сбора пота», — сказал Джон А. Роджерс, возглавлявший исследовательскую группу из нескольких учреждений. это создало «лабораторию на коже».
«Пот — это богатый химический бульон, содержащий ряд важных химических соединений с физиологической информацией о здоровье. Расширяя нашу ранее разработанную« эпидермальную »электронную платформу, включив в нее сложную сеть микрофлюидных каналов и резервуаров для хранения, мы теперь можем проводить биохимический анализ этого важная биожидкость », — сказал он.Роджерс — профессор Луи Симпсона и Кимберли Кверри в области материаловедения и инженерии, биомедицинской инженерии и неврологической хирургии в Школе инженерии Маккормика и Медицинской школе Файнберга Северо-Западного университета.Роджерс и его давний соратник Юнган Хуанг являются пионерами в разработке эластичной электроники, напоминающей кожу, которая движется естественным образом вместе с кожей, и это их первое устройство для мониторинга физиологического здоровья с помощью анализа биожидкостей.
«Мы уже знаем, как нанести электронику на кожу естественным образом — здесь наша задача заключалась в том, чтобы иметь дело с потоком жидкости и сбором, хранением и анализом пота в тонком, мягком и гибком устройстве», — сказал Хуанг, который работал над дизайн и оптимизация устройства.«Разработанная нами платформа для анализа пота позволит людям контролировать свое здоровье на месте без необходимости забора крови и со встроенной электроникой, которая не требует батареи, но при этом обеспечивает беспроводное соединение со смартфоном», — сказал он.
Хуанг является профессором Уолтера П. Мерфи гражданской и экологической инженерии и машиностроения в школе Маккормика.В ходе исследования точности и долговечности устройство было протестировано на двух разных группах спортсменов: одна из них ехала на велосипеде в помещении в фитнес-центре в контролируемых условиях, а другая участвовала в El Tour de Tucson, велогонке на длинные дистанции в засушливых и сложных условиях. условия.
Исследователи поместили устройство на руки и спину спортсменов для улавливания пота.Подробности универсальной платформы для анализа пота были опубликованы сегодня (23 ноября) в качестве обложки журнала Science Translational Medicine.
Во время умеренных или интенсивных упражнений пот стекает через крошечные микроскопические каналы устройства в четыре разных маленьких круглых отсека. В отсеках реакции с химическими реагентами приводят к видимым изменениям цвета, которые количественно связаны с pH и концентрациями глюкозы, хлорида и лактата.
Когда смартфон приближается к устройству, беспроводная электроника запускает приложение, которое делает снимок устройства и анализирует изображение, чтобы получить данные о концентрациях биомаркеров.«Мы выбрали эти четыре биомаркера, потому что они обеспечивают характеристический профиль, который важен для определения состояния здоровья», — сказал Роджерс, директор Северо-западного центра биоинтегрированной электроники. «Устройство также может определять скорость и потерю потоотделения, и оно может хранить образцы для последующего лабораторного анализа, если это необходимо».В группе, которая каталась на велосипеде в помещении, исследователи сравнили показания биомаркеров нового устройства с обычным лабораторным анализом того же пота и обнаружили, что два набора результатов согласуются друг с другом. (Обычные методы включают улавливание пота с помощью впитывающих пластырей, приклеенных к коже, и их анализ за пределами участка.)
На велосипедах-дальнобойщиках исследователи проверили надежность устройства в сложных и непредсказуемых условиях пустыни. Они обнаружили, что устройства были надежными: они оставались прилипшими к коже спортсменов, не протекали и предоставляли качественную информацию, которую искали исследователи.Устройство для анализа пота имеет ряд нововведений:Устройство может улавливать, хранить и анализировать пот на месте в режиме реального времени.
Устройство может количественно определять уровни биомаркеров с помощью колориметрического анализа.Источник питания не требуется для отображения результатов; вместо этого используются камера смартфона и приложение для считывания изменения биомаркера.
Междисциплинарная работа включала тесное сотрудничество с клиническими исследователями, включая доктора Марвина Дж. Слепяна, из кардиологического центра Сарвера Университета Аризоны, а также вклад экспертов дерматологов из L’Oreal, включая Гиве Балуха.
Слепян и Балуч — соавторы исследования.L’Oreal, Лаборатория исследования материалов Фредерика Зейтца в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн, Национальный исследовательский фонд Кореи и Национальные институты здравоохранения (грант R01EB019337) поддержали исследование.
Доклад по научной трансляционной медицине называется «Мягкое носимое микрофлюидное устройство для улавливания, хранения и колориметрического определения пота».Помимо Northwestern, University of Arizona и L’Oreal, другими учреждениями с авторами статьи являются Университет штата Иллинойс в Урбана-Шампейн; Университет Аджу, Корея; Ханянский университет, Корея; Чжэцзянский университет, Китай; и MC10, Inc.