Nye sensorer måler urinsyreniveauet bedre end andre ikke-invasive metoder

Forskere fra Purdue University's College of Engineering har opfundet og udvikler ikke-invasivt medicinsk udstyr for at gøre overvågning og behandling af visse fysiologiske og psykologiske tilstande hurtigere og mere præcise.

Wenzhuo Wu, Ravi og Eleanor Talwar Rising Star Associate Professor of Industrial Engineering, sagde, at ikke-invasiv, gentagen overvågning af urinsyreniveauer (UA) i menneskelig sved over lange perioder kunne muliggøre hidtil uset diagnose, terapi og prognose af flere tilstande, herunder angst og hypertension.

"Mit team og jeg har skabt nye ikke-invasive, bærbare sensorer, der overvåger niveauet af urinsyre i menneskelig sved," sagde Wu. "Disse patentanmeldte sensorer, kaldet EPICS, har højere følsomhed og bedre slidstyrke og kan fremstilles af billigere materialer end traditionelle sensorer, der måler urinsyreniveauer."

Et papir om forskningen er blevet offentliggjort i Nano Energy.

Urinsyres indvirkning

Wu sagde UA er lavet i den menneskelige krop som et slutprodukt af purinmetabolisme. Det fungerer også som en alarm, der udløser betændelse som et immunrespons.

"Variation i UA-koncentrationen kan indikere fysiologiske sygdomme som gigt, hyperurikæmi og hypertension, såvel som psykologiske tilstande som angst og depression," sagde Wu.

"Nylige undersøgelser rapporterer, at de fysiologiske sygdomme forbundet med unormale UA-niveauer påvirker cirka 1%-4% af verdens befolkning og koster mere end $20 milliarder i årlige medicinske udgifter. De psykologiske tilstande forbundet med unormale UA-niveauer påvirker 8,74% af den amerikanske befolkning og koster 33,7 milliarder dollars i relaterede medicinske udgifter årligt."

Ulemper ved traditionel urinsyreovervågning

Wu forklarede, at der er veletablerede kliniske mål for UA-niveauer i blod, der bruges til metabolisme og ernæringskontrol. Han sagde også, at de har ulemper.

"Den påtrængende karakter af at indsamle blod og forsinkelsen mellem prøveindsamling og analyse er store hindringer, især for personligt tilpassede fjernbehandlinger som forebyggelse af opblussen og just-in-time ernæringskontrol," sagde Wu. "Overvågning af UA-niveauer i svedprøver har fordelene ved at være ikke-invasiv og tilbyde resultater i realtid."

Wu sagde, at de nuværende bærbare sensorer til at måle UA-niveauer i sved har flere begrænsninger, herunder komplicerede fremstillingsprocesser, sofistikerede instrumenter, dyre råmaterialer og utilfredsstillende ydeevne.

"UA-niveauerne i sveden hos et sundt menneske er betydeligt lavere end UA-niveauerne i blodet. Det betyder, at sensorer skal have overlegne grænser for detektion," sagde Wu. "Derudover kræver kontinuerlig overvågning intim kontakt mellem UA-sensoren og menneskelig hud, hvilket stiller yderligere krav til sensorernes bærbarhed."

EPICS-sensorer

Wu og hans team har udviklet EPICS, som er fleksible og ikke-invasive sensorer, der overvåger urinsyre i menneskelig sved. De skabte sensorerne ud fra zinkoxid, et ikke-toksisk, biokompatibelt og elektrokemisk aktivt materiale.

"Vores design giver mulighed for ikke-invasiv overvågning af UA med en boostet ydeevne af ellers spildt mekanisk energi, såsom den fra den menneskelige krop," sagde Wu. "De grundlæggende piezo-elektrokatalytiske principper kan også udvides til andre piezoelektriske materialer med katalytiske egenskaber til højtydende sensing i de biomedicinske, farmaceutiske og landbrugsmæssige områder."

Wu og hans team har testet EPICS på Purdue Universitys Flex Lab siden sommeren 2021. Han sagde, at resultaterne viser, at EPICS klarede sig bedre end traditionelle UA-sensorer i testene.

"Vi demonstrerede, at EPICS-enhederne opnår en firedobbelt forbedring af UA-sensing-ydeevnen med en lille kompressionsbelastning forstærket af piezo-elektrokatalyse under den elektrokemiske oxidation af UA på overfladerne af mekanisk deformerede zinkoxidnanorods," sagde Wu. "EPICS-enhederne udviste en overlegen følsomhed og grænse for detektion, der overgik alle rapporterede fleksible elektrokemiske UA-sensorer."

Wu og forskerholdet vil udføre yderligere test for at validere on-body sensing af EPICS og for at evaluere sensorens ydeevne over tid.

Flere oplysninger: Jing Jiang et al., Fleksibel piezo-elektrokatalytisk urinsyresensor, Nano Energy (2023). DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108978

Journaloplysninger: Nanoenergi

Leveret af Purdue University