Ny biosensor stimulerer sved, mens patienten er kølig og hviler

En ulempe ved medicinske sensorer, der tester menneskelig sved:​​Du skal svede.

Sved ved anstrengelse eller en kvælende stuetemperatur kan være upraktisk for nogle patienter og usikkert for andre. Og medmindre de er på anden etape af Tour de France, det er usandsynligt, at patienterne vil svede hele dagen til fordel for en sensoraflæsning.

Men forskere ved University of Cincinnati er kommet med en ny måde at stimulere svedkirtler på en lille, isoleret hudfleks, så forsøgspersoner kan forblive kølige og komfortable og gå i deres daglige rutine uden at bruge timer på et løbebånd.

UC-professor Jason Heikenfeld og UC-kandidat Zachary Sonner fandt på en enhed på størrelse med et Band-Aid, der bruger et kemisk stimulans til at producere sved, også når patienten er afslappet og kølig. Sensorerne kan også forudsige, hvor meget patienter sveder, en vigtig faktor for at forstå de hormoner eller kemikalier, biosensorerne måler. Undersøgelsen blev offentliggjort den 25. juli i nanoteknologitidsskriftet Lab on a Chip .

"Udfordringen er ikke kun at komme med nye teknologiske gennembrud som denne, men også at bringe alle disse teknologiløsninger sammen i en pålidelig og fremstillelig enhed, "Sagde Heikenfeld.

Han var med til at stifte et biosensorfirma, Eccrine -systemer, Inc., det forfølger netop det.

Biomedicinske sensorer er en del af en medicinsk udstyrsindustri til en værdi af 88 milliarder dollars i USA, ifølge markedsundersøgelsesfirmaet IbisWorld. Industrien står klar til at se eksplosiv vækst i de næste fem år med fremkomsten af ​​ny teknologi og stigende konkurrence.

Heikenfeld hjalp med at lancere Cincinnati biosensor -virksomheden i 2013 med hjælp fra UC's Technology Accelerator -program. Han fungerer som Eccrine Systems videnskabschef og blev for nylig udnævnt til UC's assisterende vicepræsident for iværksætteranliggender og teknologisk kommercialisering.

Virksomhedens arbejde tiltrækker international opmærksomhed på grund af den dybtgående måde, det kan ændre sundhedsdiagnose og -overvågning, han sagde.

"Læger ville elske at vide, om kemiske koncentrationer stiger eller falder over tid, "Sagde Heikenfeld." Hvad var din grundlinje, før du blev syg? Derefter ved at måle ændringen i koncentrationer, vi ved endnu mere om, hvor syg du er, eller hvor hurtigt du får det bedre. "

Blodanalyse betragtes som guldstandarden for biometrisk analyse. Men biometrisk test med blod er invasiv og kræver ofte brug af et laboratorium. Det er langt vanskeligere for læger at foretage kontinuerlig overvågning af blod over timer eller dage.

Sved giver et ikke -invasivt alternativ, med kemiske markører, der er mere nyttige til overvågning af sundhed end spyt eller tårer, Sagde Heikenfeld.

"Folk ignorerede i lang tid sved, fordi, selvom det kan være en væske af højere kvalitet til biomarkører, du kan ikke stole på at have adgang til det, "Heikenfeld sagde." Vores mål var at opnå metoder til at stimulere sved, når det var nødvendigt - eller i flere dage. "

Heikenfeld, også direktør for UC's Novel Devices Laboratory, har studeret problemet i syv år. Forskere siger, at sved giver meget af de samme nyttige oplysninger om patienter som blod. Problemet har altid været at få den samme konsistente prøve, som det er muligt med en standard blodprøve, han sagde.

"Vi tror, ​​at de opløste stoffer, du finder i blod, finder du i sved, "sagde han." Vi har postuleret det i nogen tid, og lige nu, har ikke set noget til at ændre vores hypotese. "

Test af sved har andre mulige fordele i forhold til blod, han sagde.

"Hvis du foretager en blodprøve, du får et datapunkt, "sagde han." I mange tilfælde, læger ville elske at vide, om koncentrationerne stiger eller falder over tid. "

Til undersøgelsen, forskerne anvendte sensorer og en gel indeholdende carbachol, et kemikalie, der bruges i øjendråber, til emnets underarm i 2,5 minutter.

De brugte tre metoder til at opnå sensordata:gelen og sensorer alene og i kombination med hukommelsesskum -polstring (for at give bedre kontakt mellem sensoren og huden) og iontoforese, en elektrisk strøm på 0,2 milliampere, der driver en lille mængde carbachol ind i det øverste lag af huden og lokalt stimulerer svedkirtler, men forårsager ingen fysisk fornemmelse eller ubehag.

Derefter registrerede de data opnået fra forsøgspersonen i 30 minutter ved hjælp af sensorer, der målte koncentrationer af svedelektrolytter. Carbachol var effektiv til at fremkalde sved under sensoren i op til fem timer. Heikenfeld sagde, at en efterfølgende undersøgelse med succes genererede sensorresultater i flere dage ved hjælp af denne proces til at stimulere sved.

De brugte et pH-følsomt farvestof til at observere resultaterne. Det orange farvestof blev blåt, da det reagerede med sved. Dette demonstrerede, at svedkirtlerne blev stimuleret jævnt over sensorområdet.

"Dette arbejde repræsenterer et betydeligt spring fremad i svedfølende teknologi, "afsluttede undersøgelsen.

"Forestil dig at kunne overvåge hjertepatienter, efter at de er blevet frigivet fra hospitalet, eller forhindre dehydrering hos atleter eller endda hjælpe med at sikre, at din krop får de helt rigtige koncentrationer af et receptpligtigt lægemiddel, "Sagde Heikenfeld.

"Det ultimative mål er bekvemmelighed og pålidelighed til biomedicinske applikationer, "sagde alun Sonner, hovedforfatter til papiret.

"Slutmålet er at tage ideen fra en bordtest til en bærbar enhed-måske til folk i job med høj stress som flyselskaber-og analysere dem for stress, "Sagde Sonner." Hvis du er pilot, du kan ikke foretage blodtræk, mens du flyver med flyet. Men en sensor kunne analysere sved, så vi kan begynde at forstå, hvordan deres krop reagerer på stressende situationer. "

Undersøgelsen kommer på et tidspunkt, hvor mange forbrugere tager en mere aktiv rolle i overvågningen af ​​deres egen kropskemi og ved hjælp af bærbar teknologi til at spore deres fremskridt mod et atletisk eller wellness -mål.

De sensorer, UC udviklede, kunne hjælpe med at spore ændringer i hormoner som cortisol, som frigives, når nogen er under stress.

"Cortisolniveauer kan hjælpe trænere med at vide, hvor hårdt de har brug for at træne en atlet, indtil de skubber dem for langt, " han sagde.

Det er det øjeblik, hvor atletisk præstation begynder at falde, mens chancen for skader dramatisk øges, han sagde.

Mulige anvendelser går langt ud over olympiske atleter. US Air Force Research Laboratory på Wright-Patterson Air Force Base, en UC -forskningspartner, er ekstremt interesseret i at måle cortisol hos piloter, der står over for psykisk og fysisk stressende situationer. Overvågning af deres helbred og ydeevne over tid ved hjælp af ikke -invasive sensorer ville være yderst nyttig, Sagde Heikenfeld.

Ligeledes, det kan være nyttigt for patienter, der måske ønsker at udføre regelmæssig sundhedsovervågning derhjemme efter en operation, Sagde Sonner.

"Det er især nyttigt til opfølgende besøg, hvor der normalt er en eller anden form for blodprøve, der skal udføres. De kunne bære en engangsplaster i 20 minutter i stedet, "Sagde Sonner.

Og sparer tid og penge på en unødvendig tur til blodlaboratoriet eller lægekontoret:fuldstændig sveden værd.