Накожный датчик для анализа состава пота
Исследователи Северо-Западного университета, работающие под руководством профессора Джона Роджерса (John A. Rogers), разработали первый в своем роде мягкий гибкий микрожидкостной датчик, прочно приклеивающийся к коже и измеряющий содержание различных соединений в поте человека во время физических упражнений.
Пот представляет собой насыщенный раствор химических соединений, анализ концентраций которых может предоставить важную информацию о состоянии здоровья человека. Однако традиционные методы сбора пота для лабораторного анализа с помощью адсорбирующих губок сильно ограничивают возможности этого подхода.
Авторы, давно занимающиеся разработкой «эпидермальных» электронных платформ, представляющих собой прикрепляемые к поверхности кожи тонкие гибкие устройства для мониторинга различных физиологических параметров, решили адаптировать такую платформу для расширения возможностей анализа пота. Для этого они оснастили ее сложной системой микрожидкостных каналов и резервуаров.
Получившееся в результате устройство, размер и толщина которого сопоставимы с размерами 25-центовой монеты, предназначено для однократного использования в течение нескольких часов. Оно наклеивается непосредственно на кожу предплечья или спины. Во время физических упражнений пот поступает по четырем тончайшим микрожидкостным каналам внутрь устройства, где распределяется по четырем круглым резервуарам. В этих резервуарах происходит реакция, вызывающая изменение окраски содержащихся в них химических соединений, интенсивность которой количественно взаимосвязана с концентрациями глюкозы, хлорида и лактата, а также с уровнем кислотности.
Эти четыре биомаркера были выбраны потому, что их комбинация достаточно точно отражает состояние здоровья человека. Помимо этого устройство позволяет определять интенсивность потоотделения и потери влаги организмом, а также, при необходимости, сохранять образцы пота для последующего лабораторного анализа.
По беспроводной связи устройство запускает на смартфоне приложение, делающее его фотографию и анализирующее изображение для получения данных о концентрациях биомаркеров. Эта информация может помочь человеку своевременно узнавать о необходимости таких мер, как употребление воды или специальных напитков, а также о возможных медицинских проблемах.
В исследовании точности и надежности устройства приняло участие две группы спортсменов: одна группа занималась на велотренажерах в контролируемых условиях фитнес-центра, а другая приняла участие в велогонке на длинные дистанции Эль Тур де Тусон, проводящейся в засушливых и сложных условиях. Датчики размещались на предплечьях и спинах спортсменов.
Для первой группы спортсменов авторы сравнили концентрации биомаркеров в образцах одного и того же пота, полученные с помощью нового датчика и с помощью традиционных лабораторных методов. Полученные результаты подтвердили сопоставимость получаемых результатов.
Вторая группа спортсменов тестировала надежность датчика в сложных и непредсказуемых условиях пустыни. Устройство доказало свою надежность, оно прочно держалось на коже спортсменов, не протекало и предоставляло достоверные данные.
Разработчики отмечают, что возможности нового устройства не ограничиваются анализом содержащихся в поте соединений. На современном этапе оно позволяет выявлять биомаркер муковисцидоза, что свидетельствует о перспективности его применения в клинической практике.
Статья A. Koh et al. A soft, wearable microfluidic device for the capture, storage, and colorimetric sensing of sweat опубликована в журнале Science Translational Medicine.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Northwestern University: Researchers develop soft, microfluidic 'lab on the skin' for sweat analysis.
25.11.2016