Smart Patch loopt tests met zweet in plaats van bloed

Een nieuw tijdperk begint waar het mogelijk is om de gezondheidstoestand van het lichaam nauwkeurig te beoordelen met alleen zweet in plaats van bloedtesten. Een KAIST -onderzoeksteam heeft nu een slimme patch ontwikkeld die precies interne veranderingen door zweet kan waarnemen wanneer eenvoudig aan het lichaam is bevestigd. Naar verwachting zal dit sterk bijdragen aan de vooruitgang van het beheer van chronische ziekten en gepersonaliseerde gezondheidszorgtechnologieën.

Het team, geleid door professor Ki-Hun Jeong van de afdeling Bio en Brain Engineering, heeft een draagbare sensor ontwikkeld die tegelijkertijd en in realtime meerdere metabolieten in zweet kan analyseren. De studie wordt gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie.

Onlangs is onderzoek naar draagbare sensoren die metabolieten in zweet analyseren om de precieze fysiologische toestand van het menselijk lichaam te volgen, actief achtervolgd. Conventionele “label-gebaseerde” sensoren, die fluorescerende tags of kleuring vereisen, en “labelvrije” methoden hebben echter problemen ondervonden bij het effectief verzamelen en beheersen van zweet. Daarom zijn er beperkingen geweest om metabolietveranderingen in de loop van de tijd nauwkeurig te observeren bij werkelijke menselijke proefpersonen.

Om deze beperkingen te overwinnen, ontwikkelde het onderzoeksteam een ​​dunne en flexibele draagbare zweetpleister die direct aan de huid kan worden bevestigd. Deze patch bevat beide microkanalen voor het verzamelen van zweet en een ultrafijne nanoplasmonische structuur die zweetcomponenten analyseert met behulp van licht. Dankzij dit kunnen meerdere zweetmetabolieten tegelijkertijd worden geanalyseerd zonder de noodzaak van afzonderlijke kleuring of labels, met slechts één patch -applicatie.

Een nanoplasmatische structuur is een optische sensorstructuur waarbij metalen patronen op nanoschaal interageren met licht, ontworpen om de aanwezigheid of veranderingen in concentratie van moleculen in zweet gevoelig te detecteren.

De patch is gemaakt door het combineren van nanofotonische technologie, die licht op de nanometerschaal manipuleert (honderdduizendste de dikte van een menselijk haar) om moleculaire eigenschappen te lezen, met microfluïdische technologie, die nauwkeurig zweet regelt in kanalen die dunner zijn dan een haar.

Met andere woorden, binnen een enkele zweetpleister kan microfluïdische technologie het zweet achtereenvolgens in de loop van de tijd worden verzameld, waardoor veranderingen in verschillende metabolieten kunnen worden meten zonder enig etiketteringsproces. In de patch bevinden zich zes tot 17 kamers (opslagruimtes) en zweet afgescheiden tijdens trainingsstromen langs de microfluïdische structuren en vult elke kamer op volgorde.

Het onderzoeksteam paste de patch toe op echte menselijke proefpersonen en slaagde erin de veranderende componenten van zweet in de loop van de tijd continu te volgen tijdens het sporten. Eerder konden slechts ongeveer twee componenten tegelijkertijd worden gecontroleerd via een labelvrije aanpak, maar in deze studie demonstreerden ze voor het eerst dat drie metabolieten-uriczuur, melkzuur en tyrosine-kwantitatief kunnen worden geanalyseerd, evenals hoe ze veranderen afhankelijk van lichaamsbeweging en dieet.

In het bijzonder konden ze door gebruik van kunstmatige intelligentie -analysemethoden, in staat om signalen van gewenste stoffen nauwkeurig te onderscheiden, zelfs binnen de complexe componenten van zweet.

Professor Ki-Hun Jeong zei: “Dit onderzoek legt de basis voor het nauwkeurig bewaken van interne metabole veranderingen in de loop van de tijd zonder bloedbemonstering door nanofotonen en technologieën voor microfluïdica te combineren.

“In de toekomst kan het worden uitgebreid naar verschillende gebieden zoals chronische ziektebeheer, het volgen van geneesmiddelenrespons, monitoring van milieublootstelling en de ontdekking van biomarkers van de volgende generatie voor metabole ziekten.”