Flexibel Zweetpatch Detecteert Meerdere Gezondheidsmarkers in Real-Time

Ingenieurs hebben een flexibel elektronisch sensort patch ontwikkeld dat in kleding gezoemd kan worden om zweet te analyseren op meerdere markers. Het patch kan gebruikt worden om acute en chronische gezondheidstoestanden te diagnosticeren en te monitoren of om gezondheid te monitoren tijdens atletische of werkplekprestaties. Het apparaat bestaat uit speciale sensordraden, flexibele elektronische componenten, en draadloze connectiviteit voor real-time data-acquisitie, opslag en verwerking.

Typische consumentengezondheidsmonitors kunnen hartslag, temperatuur, glucose, wandelafstand en andere grove metingen volgen; echter, een gedetailleerder begrip van de gezondheid, stress en prestaties van een individu is vereist voor medische dataverzameling of hoogpresterende atletische of militaire toepassingen. In het bijzonder metabole markers, zoals elektrolyten en andere biologische moleculen, bieden een meer directe indicator van menselijke gezondheid voor accurate beoordeling van atletische prestaties, werkplekveiligheid, klinische diagnostiek en het managen van chronische gezondheidstoestanden.

Het patch-apparaat voert real-time metingen uit van belangrijke biomarkers die in zweet aanwezig zijn, inclusief natrium- en ammonium-ion (elektrolyten), lactaat (een metabool), en zuurgraad (pH). Het apparaatplatform kan ook een wijd scala aan sensoren incorporeren die in staat zijn om bijna elke marker in zweet te volgen. De genomen metingen kunnen nuttige diagnostische toepassingen hebben: natrium uit zweet kan de hydratatiestatus en elektrolytbalans in een lichaam aanwijzen; lactaatconcentratie kan een indicator zijn van spiervermoeidheid; chloride-ionniveaus kunnen gebruikt worden om cystische fibrose te diagnosticeren en te monitoren; en cortisol, een stresshormoon, kan gebruikt worden om emotionele stress alsook metabolische en immuunfuncties te beoordelen. Atleten kunnen een wijd scala aan markers tijdens fysieke inspanning monitoren 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 gecoat met geleidende inkt. Verschillende coatings veranderen de functionaliteit van de draden; bijvoorbeeld, lactaat kan gedetecteerd worden door een draad te coaten met een enzymatisch sensormateriaal dat het enzym lactaat oxidase incorporeert. Een pH-sensordraad is gecoat met polyaniline dat reageert op zuurgraad, enzovoort. De array van draadsensoren is geïntegreerd in kleding of een patch en verbonden met een miniatuurschakelmodule en microprocessor, met draadloze capaciteit om te communiceren met een smartphone.

Onderzoekers testten het apparaat op menselijke proefpersonen, hun elektrolyt- en metaboolrespons monitorend tijdens een maximale inspannings-oefening op statische fietsen. De sensoren waren in staat om variatie in analieteniveaus te detecteren als ze omhoog en omlaag gingen, binnen 5 tot 30 seconde intervallen — voldoende voor de meeste real-time tracking behoeften. De studie bevestigde dat de sensor in staat was om consistente patronen van analietenexpressie te detecteren die gebruikt kunnen worden voor toekomstige studies die deze correlaties identificeren.