Detectie van gezondheidsmarkeringen in op draad gebaseerde, draagbare zweetsensoren

Ingenieurs hebben een flexibele elektronische detectiepatch gemaakt die in kleding kan worden genaaid om zweet te analyseren op meerdere markeringen. De pleister kan worden gebruikt om acute en chronische gezondheidsproblemen te diagnosticeren en te bewaken of om de gezondheid te bewaken tijdens atletische of werkplekprestaties. Het apparaat bestaat uit speciale detectiethreads, flexibele elektronische componenten en draadloze connectiviteit voor realtime data-acquisitie, opslag en verwerking.

Typische gezondheidsmonitors voor consumenten kunnen hartslag, temperatuur, glucose, loopafstand en andere brutometingen volgen; er is echter een meer gedetailleerd begrip van de gezondheid, stress en prestaties van een persoon vereist voor het verzamelen van medische gegevens of hoogwaardige atletische of militaire toepassingen. Vooral metabole markers, zoals elektrolyten en andere biologische moleculen, bieden een directere indicator van de menselijke gezondheid voor een nauwkeurige beoordeling van atletische prestaties, veiligheid op de werkplek, klinische diagnose en het beheersen van chronische gezondheidsproblemen.

Het patchapparaat voert realtime metingen uit van belangrijke biomarkers die aanwezig zijn in zweet, waaronder natrium- en ammoniumionen (elektrolyten), lactaat (een metaboliet) en zuurgraad (pH). Het apparaatplatform kan ook een breed scala aan sensoren bevatten die bijna elke marker in het zweet kunnen volgen. De uitgevoerde metingen kunnen nuttige diagnostische toepassingen hebben:natrium uit zweet kan de hydratatiestatus en elektrolytenonbalans in een lichaam aangeven; lactaatconcentratie kan een indicator zijn van spiervermoeidheid; chloride-ionniveaus kunnen worden gebruikt om cystische fibrose te diagnosticeren en te controleren; en cortisol, een stresshormoon, kan worden gebruikt om emotionele stress en metabole en immuunfuncties te beoordelen. Atleten kunnen tijdens fysieke inspanning een breed scala aan markers volgen om te helpen bij het voorspellen van prestatiepieken of -dalingen tijdens competitie.

De mogelijkheid om de sensoren in kleding te integreren wordt mogelijk gemaakt door flexibele draden die zijn gecoat met geleidende inkt. Verschillende coatings veranderen de functionaliteit van de draden; lactaat kan bijvoorbeeld worden gedetecteerd door een draad te bekleden met een enzymatisch detectiemateriaal dat het enzym lactaatoxidase bevat. Een pH-sensordraad is gecoat met polyaniline dat reageert op zuurgraad, enzovoort. De reeks draadsensoren is geïntegreerd in kleding of een patch en verbonden met een miniatuurcircuitmodule en microprocessor, met draadloze mogelijkheid om te communiceren met een smartphone.

Onderzoekers testten het apparaat op menselijke proefpersonen en volgden hun elektrolyt- en metabolietrespons tijdens een maximale inspanningsoefening op stationaire fietsen. De sensoren waren in staat om variatie in analytniveaus te detecteren terwijl ze op en neer bewogen, binnen intervallen van 5 tot 30 seconden - voldoende voor de meeste realtime trackingbehoeften. Uit het onderzoek bleek dat de sensor consistente patronen van analytexpressie kon detecteren die zouden kunnen worden gebruikt voor toekomstige studies om deze correlaties te identificeren.