Nové zařízení detekuje biomarker potu s minimálním potem

Podle vědců ve státě Penn je k dispozici na vyžádání, v hojnosti a obsahující více biomarkerů, potem je stále přitažlivějším médiem pro monitorování zdraví. Ale ne každý – zejména kriticky nemocní pacienti – si mohou vybudovat dostatek potu, aby poskytli dostatečně robustní vzorek pro současné analytické techniky.

To už nemusí být problém, díky týmu ve státě Penn, který vyvinul nový nositelný senzor schopný neustále monitorovat nízké pocení po přítomnosti laktátu – molekula, kterou tělo používá k rozbití cukrů pro energii. Tento biomarker může naznačovat hladovění kyslíku v tkáních těla, což je klíčovým ukazatelem výkonu pro sportovce a také potenciální známky vážných stavů, jako je sepse nebo selhání orgánů.

Vědci mají Publikováno jejich přístup v časopise Malý. Uvádějí, že jejich zařízení, pro které podaly patent, sedí na povrchu kůže jako obvaz a mohou shromažďovat až 10krát větší množství pot Z činností s nízkou intenzitou, jako je chůze, nebo dokonce položení nebo zodpovězení e-mailů ve srovnání s jinými nositelnými senzory potu.

„Pot nabízí zdroj biomarkerů, které můžeme sledovat prostřednictvím neinvazivních systémů v téměř reálném čase pro to, jak se tělo během cvičení provádí nebo sleduje nebo řídí různé zdravotní stavy,“ uvedl spolu-první autor Farnaz Lorestani, asistent výzkumu inženýrské vědy a mechaniky ve státě Penn State.

„Výzvou je přijít na to, jak sbírat pot, když se osoba tolik potí, a my jsme tuto výzvu vyřešili tím, že vytvořili platformu s granulovanými hydrogely, vyvinuté výzkumnou skupinou profesora Amira Sheikhiho, schopnou sbírat pot i v podmínkách s nízkou intenzitou, jako je kontrola e-mailů nebo položení.“

Sheikhi, Dorothy Foehr Huck a J. Lloyd Huck Early Career Chair v biomateriálech a regenerativním inženýrstvím a docentka chemického inženýrství ve státě Penn, je v tomto článku corespondingové.

Za podmínek s nízkou intenzitou řekl Lorestani, většina lidí se potí od 10 do 100 nanolitárů za minutu na centimetr kůže-výrazně menší než kapalina v kapce slzy. Konvenční monitorovací zařízení používají hydrogel-matrici molekul zvaných polymery kombinované s vodou k absorpci a filtru vzorků-pro absorpci vzorku a zpracování pomocí laserově indukovaného grafenu (LIG) senzoru.

Lig zahrnuje použití laseru k převodu oxid uhličitý do specifických vzorců atomově tenkých uhlíkových vrstev zvaných grafen, který je vysoce citlivý a může být vybaven detektory pro přesnou identifikaci biomolekul. Podle Lorestani je problém, že tento přístup selže u malých vzorků potu, protože během procesu absorpce je ztracena kapalina.

K vyřešení tohoto problému vědci provedli dvě klíčové změny. Za prvé, namísto typického hydrogelu použili granulovaný hydrogelový lešení, které obsahovalo zaseknuté částice hydrogelu mikrográlů zvané mikrogely, které jsou vzájemně propojeny. Tato technologie staví Sheikhiho předchozí práce Na granulárních biomateriálech na bázi proteinů pro tkáňové inženýrství a regeneraci.

Pro druhou změnu se vědci nacházeli na lešení, aby se živili do mikrofluidní komory vyrobené vzorem LIG v kompaktní spirále, jejíž návrh zvyšuje povrchovou plochu pro zlepšení transportu tekutin a minimalizuje ztrátu potu. Lešení sedí na kůži, připevněné lepidlem bezpečným na kůži, kde shromažďuje pot z povrchu kůže. Tento pot je absorbován granulovaným hydrogelem, který jej přenáší do mikrofluidní komory, kde cestuje do senzoru, který dokáže identifikovat laktát.

„Předpokládali jsme, že porézní médium v ​​granulárním hydrogelovém lešení zvyšuje absorpční kapacitu ve srovnání s dříve používanými hydrogelovými materiály,“ řekl Lorestani. Vysvětlila, že je to pravděpodobně způsobeno malými prázdnými prostory mezi granulovanými koulemi, které umožňují absorpci kapilární tekutiny-stejný jev, který vynoří vodu z kořenů rostliny.

„Konstrukce mikrofluidních kanálů ve tvaru cívky ve tvaru cívky také přispívá k přesnosti a citlivosti,“ dodala.

Kriticky, Lorestani řekl, také navrhli zařízení-o velikosti standardní obvaz a vyrobené z nákladově efektivních materiálů-aby byly pohodlné, s téměř „kožnímu“ pocitem. Tým testoval svůj návrh použitím flexibilního senzoru na jednotlivce a jejich sledováním v různých podmínkách, od sedavé kancelářské práce po každodenní aktivity na jízdu na stacionárním kole. V rámci podmínek vědci zjistili, že zařízení dokáže absorbovat dostatek potu, aby přesně identifikovalo přítomnost laktátu během dvou hodin.

„Demonstrace důkazu konceptu obsahuje nákladově efektivní, citlivou a všestrannou flexibilní snímací platformu pro včasnou detekci biomarkerů, kde je produkce potu minimální nebo sporadická, jako je v klidu nebo během mírných fyzických aktivit,“ řekl Lorestani, což vysvětluje, že platforma by mohla být přizpůsobena k detekci dalších biomarkerů změnou senzoru pro druhé.

„Celkově je naším cílem vybudovat zdravější společnost tím, že neinvazivní, nepřetržité a personalizované zdravotní monitorování dostupnější pro všechny-a tato práce je krokem tímto směrem.“