Fleksibel, bærbar oral natriumsensor kan hjælpe med at forbedre hypertensionskontrol

For personer, der har hypertension og visse andre tilstande, at spise for meget salt øger blodtrykket og øger sandsynligheden for hjertekomplikationer. For at hjælpe med at overvåge saltindtaget, forskere har udviklet et fleksibelt og strækbart trådløst sensorsystem designet til at kunne bæres komfortabelt i munden for at måle mængden af ​​natrium en person indtager.

Baseret på en ultratynd, åndbar elastomer membran, sensoren integreres med et miniaturiseret fleksibelt elektronisk system, der bruger Bluetooth-teknologi til trådløst at rapportere natriumforbruget til en smartphone eller tablet. Forskerne planlægger yderligere at miniaturisere systemet - som nu ligner en tandholder - til størrelsen af ​​en tand.

"Vi kan diskret og trådløst måle mængden af ​​natrium, som folk indtager over tid, " forklarede Woon-Hong Yeo, en assisterende professor ved Woodruff School of Mechanical Engineering ved Georgia Institute of Technology. "Ved at overvåge natrium i realtid, Enheden kan en dag hjælpe folk, der har brug for at begrænse natriumindtaget, med at lære at ændre deres spisevaner og kost."

Detaljer om enheden er rapporteret 7. maj i den tidlige udgave af tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences . Enheden er blevet testet i tre voksne undersøgelsesdeltagere, som bar sensorsystemet i op til en uge, mens de spiste både faste og flydende fødevarer, inklusive grøntsagsjuice, kyllingesuppe og kartoffelchips.

Ifølge American Heart Association, Amerikanere spiser i gennemsnit mere end 3, 400 milligram natrium hver dag, langt mere end grænsen på 1, 500 milligram om dagen det anbefaler. Foreningen undersøgte tusinde voksne og fandt ud af, at "en tredjedel kunne ikke estimere, hvor meget natrium de spiste, og yderligere 54 procent troede, at de spiste mindre end 2, 000 milligram natrium om dagen."

Det nye natriumsensorsystem kunne løse denne udfordring ved at hjælpe brugerne med bedre at spore, hvor meget salt de indtager, sagde Yeo. "Vores enhed kunne have applikationer til mange forskellige mål, der involverer spiseadfærd til diætstyring eller terapi, " han tilføjede.

Nøglen til udviklingen af ​​den intraorale sensor var udskiftning af traditionel plastik- og metalbaseret elektronik med biokompatible og ultratynde komponenter forbundet ved hjælp af mesh-kredsløb. Natriumsensorer er kommercielt tilgængelige, men Yeo og hans samarbejdspartnere udviklede en fleksibel mikromembranversion til at blive integreret med det miniaturiserede hybridkredsløb.

"Hele sensor- og elektronikpakken var konformt integreret i et blødt materiale, som brugerne kan tolerere, " forklarede Yeo. "Sensoren er behagelig at have på, og data fra den kan overføres til en smartphone eller tablet. Til sidst kunne informationen gå til en læge eller anden medicinsk professionel til fjernovervågning."

Det fleksible design begyndte med computermodellering for at optimere enhedens mekaniske egenskaber til brug i den buede og bløde mundhule. Forskerne brugte derefter deres model til at designe selve nanomembrankredsløbet og vælge komponenter.

Enheden kan overvåge natriumindtaget i realtid, og registrere daglige mængder. Ved hjælp af en app, systemet kunne rådgive brugere, der planlagde måltider, hvor meget af deres daglige salttildeling de allerede havde indtaget. Enheden kan kommunikere med en smartphone op til ti meters afstand.

De næste trin for natriumsensoren er at miniaturisere enheden yderligere, og test det med brugere, der har de medicinske tilstande til at håndtere:hypertension, fedme eller diabetes.

Forskerne vil gerne gøre op med det lille batteri, som skal genoplades dagligt for at holde sensoren i drift. En mulighed ville være at drive enheden induktivt, som ville erstatte batteriet og det komplekse kredsløb med en spole, der kunne få strøm fra en sender uden for munden.

Projektet voksede ud af et langsigtet mål om at producere et kunstigt smagssystem, der kan mærke sødme, bitterhed, pH og salthed. Det arbejde begyndte på Virginia Commonwealth University, hvor Yeo var adjunkt, før han kom til Georgia Tech.