Urządzenie do noszenia na ciele opracowane przez naukowców z Washington State University może wiarygodnie mierzyć poziom ważnych biochemikaliów w pocie podczas ćwiczeń fizycznych.
Monitor wydrukowany w 3D może pewnego dnia zapewnić prosty i nieinwazyjny sposób śledzenia stanu zdrowia i diagnozowania powszechnych chorób, takich jak cukrzyca, dna moczanowa, choroby nerek czy choroby serca.
Jak donosi czasopismo ACS Sensors, badacze byli w stanie dokładnie monitorować poziom glukozy, mleczanu i kwasu moczowego u ochotników, a także szybkość ich pocenia się podczas ćwiczeń.
„Cukrzyca jest poważnym problemem na całym świecie” – powiedział Chuchu Chen, doktorant z WSU. student i pierwszy autor pracy. „Myślę, że druk 3D może zmienić sytuację w służbie zdrowia i chciałem sprawdzić, czy uda nam się połączyć druk 3D z metodami wykrywania chorób, aby stworzyć takie urządzenie”.
W celu sprawdzenia słuszności koncepcji monitora zdrowia naukowcy wykorzystali druk 3D do wytworzenia monitorów stanu zdrowia w unikalnym, jednoetapowym procesie produkcyjnym. Naukowcy wykorzystali jednoatomowy katalizator i reakcje enzymatyczne, aby wzmocnić sygnał i zmierzyć niskie poziomy biomarkerów. Trzy bioczujniki na monitorze zmieniają kolor, wskazując określone poziomy biochemiczne.
Pot zawiera wiele ważnych metabolitów, które mogą wskazywać na problemy zdrowotne, ale w przeciwieństwie do pobierania krwi jest nieinwazyjny. Poziom kwasu moczowego w pocie może wskazywać na ryzyko rozwoju dny moczanowej, choroby nerek lub serca. Poziom glukozy służy do monitorowania cukrzycy, a poziom mleczanu może wskazywać intensywność ćwiczeń.
„Tryb pocenia się jest także ważnym parametrem i wskaźnikiem fizjologicznym zdrowia ludzi” – powiedział Kaiyan Qiu, adiunkt Berry w Szkole Inżynierii Mechanicznej i Materiałowej WSU.
Naukowcy zauważyli jednak, że ilość tych substancji chemicznych w pocie jest niewielka i może być trudna do zmierzenia. Chociaż opracowano inne czujniki potu, są one złożone, a ich wyprodukowanie wymaga specjalistycznego sprzętu i wiedzy specjalistycznej. Czujniki muszą być również elastyczne i rozciągliwe.
„Zastosowanie katalizatorów jednoatomowych w celu zwiększenia czułości i dokładności monitora stanu zdrowia jest nowością” – powiedziała Annie Du, profesor naukowy w Szkole Inżynierii Mechanicznej i Materiałowej WSU. Badanie prowadzili Qiu i Du.
Opracowany przez naukowców monitor stanu zdrowia składa się z bardzo małych kanałów mierzących tempo pocenia się i stężenie biomarkerów. Ponieważ mikrokanały są wytwarzane za pomocą druku 3D, nie wymagają żadnej konstrukcji wsporczej, co może powodować problemy z zanieczyszczeniem podczas ich usuwania, powiedział Qiu.
„Musimy mierzyć niewielkie stężenia biomarkerów, więc nie chcemy, aby te materiały pomocnicze były obecne lub konieczne było ich usuwanie” – powiedział. „Dlatego używamy unikalnej metody drukowania samonośnych kanałów mikroprzepływowych”.
Kiedy naukowcy porównali monitory na ramionach ochotników z wynikami badań laboratoryjnych, odkryli, że ich monitor dokładnie i niezawodnie mierzył stężenie substancji chemicznych, a także szybkość pocenia się.
Chociaż badacze początkowo wybrali do pomiaru trzy biomarkery, mogą dodać ich więcej, a biomarkery można dostosować. Monitory były również wygodne w noszeniu dla wolontariuszy.
Naukowcy pracują obecnie nad dalszym udoskonaleniem projektu i walidacją urządzenia. Liczą także na komercjalizację technologii. Biuro Komercjalizacji WSU złożyło także tymczasowy wniosek patentowy mający na celu ochronę własności intelektualnej związanej z tą technologią.
Prace zostały sfinansowane przez Narodową Fundację Nauki oraz Centra Kontroli i Zapobiegania Chorobom, a także ze środków start-upowych.