Neinvazívny nositeľný senzor dokáže identifikovať a sledovať cukrovku z potu aj vtedy, keď sa človek takmer nepotí.
Špeciálna náplasť dokáže zachytiť až desaťnásobne väčšie množstvo potu pri činnostiach s nízkou intenzitou. Zdroj: Farnaz Lorestani/Penn State
Výskumný tím z Pensylvánskej štátnej univerzity (Penn State) pod vedením profesora Huanyu „Larryho“ Chenga predstavil prelomovú metódu diagnostiky diabetu a prediabetu, ktorá využíva analýzu potu. Nový senzor dokáže získať presné výsledky prakticky okamžite bez potreby odberu krvi alebo inej invazívnej metódy.
Podľa odborníkov je pot, ktorý je k dispozícii takmer okamžite, čoraz atraktívnejším prostriedkom na monitorovanie zdravia. Lenže nie všetci, ani kriticky chorí pacienti, nedokážu vytvoriť dostatočné množstvo potu, aby poskytli vhodnú vzorku pre súčasné analytické techniky. To už nemusí byť problém vďaka tímu z Penn State, ktorý vyvinul nový nositeľný senzor schopný nepretržite monitorovať aj človeka s nízkou mierou potenia na prítomnosť laktátu, teda molekuly, ktorú telo používa na rozklad cukrov na energiu.
Tento biomarker môže indikovať nedostatok kyslíka v telesných tkanivách, čo je pre športovcov kľúčovým ukazovateľom výkonnosti, ako aj potenciálnym príznakom vážnych stavov, ako sú sepsa alebo zlyhanie orgánov.
Zariadenie sa dá umiestniť na povrch kože ako náplasť a v porovnaní s inými nositeľnými snímačmi potu dokáže zachytiť až desaťnásobne väčšie množstvo potu pri činnostiach s nízkou intenzitou, ako sú chôdza alebo dokonca ležanie či odpovedanie na e-maily.
„Pot ponúka zdroj biomarkerov, ktoré môžeme monitorovať prostredníctvom neinvazívnych systémov v takmer reálnom čase na to, ako sa telo správa počas cvičenia alebo na monitorovanie či riadenie rôznych zdravotných stavov,“ uviedol spoluautor Farnaz Lorestani, odborný asistent pre výskum inžinierskych vied a mechaniky na Penn State.
„Snažíme sa teraz prísť na to, ako získať túto vzorku od človeka, ktorý sa až tak veľmi nepotí. Navrhli sme preto platformu s granulovanými hydrogélmi, ktorú vyvinula výskumná skupina profesora Amira Sheikhiho a ktorá je schopná zbierať pot aj v podmienkach, keď nevykonávame vysokú aktivitu, napríklad keď ležíme.“
Je vyrobený z úsporných materiálov
Pri nízkej intenzite sa väčšina ľudí potí v množstve 10 až 100 nanolitrov za minútu na štvorcový centimeter pokožky, čo je podstatne menej ako kvapalina v kvapke slzy. Bežné monitorovacie zariadenia využívajú hydrogél, ktorý obsahuje molekuly zvané polyméry v kombinácii s vodou na absorpciu potu. Hydrogél spracúva vzorku potu prostredníctvom laserom indukovaného grafénového senzora (LIG).
LIG zahŕňa použitie lasera na premenu oxidu uhličitého na špecifické vzory atomárne tenkých uhlíkových vrstiev nazývaných grafén, ktoré sú vysoko citlivé a môžu byť vybavené detektormi na presnú identifikáciu biomolekúl. Problémom podľa Farnaza Lorestaniho je, že tento prístup zlyháva pri malých vzorkách potu, pretože počas procesu absorpcie sa stráca kvapalina.
Na vyriešenie tohto problému výskumníci vykonali dve kľúčové zmeny. Po prvé, namiesto typického hydrogélu použili zrnitý hydrogél, ktorý pozostáva zo zakliesnených mikrorozmerných hydrogélových častíc nazývaných mikrogély, ktoré sú navzájom prepojené. Táto technológia vychádza z predchádzajúcej práce Amira Sheikhiho o granulovaných biomateriáloch na báze bielkovín na tkanivové inžinierstvo a regeneráciu.
V prípade druhej zmeny výskumníci upravili zariadenie tak, aby sa zväčšila jeho veľkosť a tým sa zlepšil aj transport tekutín a minimalizovali sa straty potu. Zariadenie sa umiestni na kožu, pripevní sa pomocou bezpečného lepidla, kde zbiera pot z povrchu kože. Tento pot je absorbovaný zrnitým hydrogélom, ktorý ho transportuje do mikrofluidnej komory, odkiaľ putuje k senzoru, ktorý dokáže identifikovať laktát.
Vedci predpokladali, že porézne prostredie v granulovanom hydrogélovom zariadení zvyšuje absorpčnú kapacitu v porovnaní s doteraz používanými hydrogélovými materiálmi. Podľa nich je to pravdepodobne spôsobené malými dutými priestormi medzi granulovanými guľôčkami, ktoré umožňujú kapilárne poháňané vstrebávanie tekutín, teda rovnaký jav, ktorý odvádza vodu z koreňov rastliny hore jej stonkou. Navyše kompaktná konštrukcia mikrofluidného kanála v tvare cievky tiež prispieva k presnosti a citlivosti zariadenia.
Zariadenie je veľké ako štandardná náplasť na rany, navyše je vyrobené z úsporných materiálov, prispôsobí sa a je pohodlné mať ho na koži. Tím testoval svoj návrh tak, že flexibilný senzor pripevnil na jednotlivcov a monitoroval ich v rôznych podmienkach od sedavej kancelárskej práce cez každodenné činnosti až po jazdu na stacionárnom bicykli. Výskumníci zistili, že v rôznych podmienkach dokáže zariadenie absorbovať dostatok potu na presné určenie prítomnosti laktátu v priebehu dvoch hodín.
Podľa vedcov ide o lacnejšiu alternatívu a včasnú detekciu biomarkerov, navyše jej výhodou je aj to, že zariadenie dokáže identifikovať diabetes aj pri minimálnej produkcii potu, napríklad v pokoji alebo počas miernych fyzických aktivít. Platforma by sa zároveň mohla prispôsobiť na detekciu iných biomarkerov zmenou senzora.
Zdroj: Eurek Alert
