Bærbar svedsensor registrerer gigtfremkaldende forbindelser

Der er mange ting at ikke lide ved at gå til lægen:At betale en kopi, sidder i venteværelset, forældede magasiner, syge mennesker, der hoster uden at dække deres mund. For mange, selvom, det værste ved et lægebesøg er at sidde fast med en nål. Blodprøver er en gennemprøvet måde at evaluere, hvad der sker med din krop, men ubehaget er uundgåeligt. Eller måske ikke, siger Caltech-forskere.

I et nyt blad udgivet i Natur bioteknologi , forskere ledet af Wei Gao, adjunkt i medicinsk teknik, beskrive en masseproducerbar bærbar sensor, der kan overvåge niveauer af metabolitter og næringsstoffer i en persons blod ved at analysere deres sved. Tidligere udviklede svedsensorer retter sig for det meste mod forbindelser, der forekommer i høje koncentrationer, såsom elektrolytter, glukose, og laktat. Gaos svedsensor er mere følsom end nuværende enheder og kan registrere svedforbindelser med meget lavere koncentrationer, ud over at være lettere at fremstille, siger forskerne.

Udviklingen af ​​sådanne sensorer vil give læger mulighed for løbende at overvåge tilstanden hos patienter med sygdomme som hjerte-kar-sygdomme, diabetes, eller nyresygdom, som alle resulterer i unormale niveauer af næringsstoffer eller metabolitter i blodbanen. Patienter ville have gavn af at få deres læge bedre informeret om deres tilstand, samtidig med at man undgår invasive og smertefulde møder med injektionsnåle.

"Sådanne bærbare svedsensorer har potentialet til hurtigt, løbende, og ikke-invasivt fange ændringer i sundhed på molekylært niveau, " siger Gao. "De kunne muliggøre personlig overvågning, tidlig diagnose, og rettidig indgriben."

Gaos arbejde er fokuseret på at udvikle enheder baseret på mikrofluidik, et navn for teknologier, der manipulerer små mængder væske, normalt gennem kanaler mindre end en kvart millimeter i bredden. Mikrofluidik er ideelle til en applikation af denne art, fordi de minimerer indflydelsen af ​​svedfordampning og hudforurening på sansningsnøjagtigheden. Mens frisk tilført sved strømmer gennem mikrokanalerne, enheden kan foretage mere nøjagtige målinger af sved og kan fange tidsmæssige ændringer i koncentrationer.

Indtil nu, Gao og hans kolleger siger, mikrofluidbaserede bærbare sensorer blev for det meste fremstillet med en litografi-fordampningsproces, hvilket kræver komplicerede og dyre fremstillingsprocesser. Hans team valgte i stedet at lave deres biosensorer af grafen, en pladelignende form for kulstof. Både de grafenbaserede sensorer og de bittesmå mikrofluidikkanaler er skabt ved at gravere plastikpladerne med en kuldioxidlaser, en enhed, der nu er så almindelig, at den er tilgængelig for hjemmehobbyister.

Forskerholdet valgte at få deres sensor til at måle respirationsfrekvens, hjerterytme, og niveauer af urinsyre og tyrosin. Tyrosin blev valgt, fordi det kan være en indikator for metaboliske forstyrrelser, lever sygdom, spiseforstyrrelser, og neuropsykiatriske tilstande. Urinsyre blev valgt pga. på forhøjede niveauer, det er forbundet med gigt, en smertefuld ledtilstand, der er stigende globalt. Gigt opstår, når høje niveauer af urinsyre i kroppen begynder at krystallisere i leddene, især fødderne, forårsager irritation og betændelse.

For at se, hvor godt sensorerne fungerede, forskerne kørte en række tests med raske individer og patienter. For at kontrollere svedtyrosinniveauer, som er påvirket af en persons fysiske form, de brugte to grupper af mennesker:trænede atleter og personer med gennemsnitlig kondition. Som forventet, sensorerne viste lavere niveauer af tyrosin i atleternes sved. For at kontrollere urinsyreniveauet, de tog en gruppe raske individer og overvågede deres sved, mens de fastede, såvel som efter at de havde spist et måltid rigt på puriner, forbindelser i fødevarer, der omdannes til urinsyre. Sensoren viste, at urinsyreniveauet steg efter måltidet. Gaos team udførte også en lignende test med gigtpatienter. Deres urinsyreniveauer, sensoren viste, var meget højere end hos raske mennesker.

For at kontrollere nøjagtigheden af ​​sensorerne, forskerne tog også blodprøver fra gigtpatienter og raske forsøgspersoner. Sensorernes målinger af urinsyreniveauer var stærkt korrelerede med niveauer af forbindelsen i blodet.

Gao siger, at sensorernes høje følsomhed, sammen med den lethed, hvormed de kan fremstilles, betyder, at de i sidste ende kan bruges af patienter derhjemme til at overvåge tilstande som gigt, diabetes, og hjerte-kar-sygdomme. At have nøjagtige realtidsoplysninger om deres helbred kan endda give en patient mulighed for at justere deres egne medicinniveauer og kost efter behov.

"I betragtning af, at unormale cirkulerende næringsstoffer og metabolitter er relateret til en række sundhedstilstande, den information, der indsamles fra sådanne bærbare sensorer, vil være uvurderlig for både forskning og medicinsk behandling, " siger Gao.

Papiret, der beskriver forskningen, med titlen, "En lasergraveret bærbar sensor til følsom påvisning af urinsyre og tyrosin i sved, " vises i 25. november-udgaven af Natur bioteknologi .