Sungbong Kim, Roozbeh Ghaffari, John A. Rogers
Viktiga takeaways
- Forskare byggde en svettavkännande enhet i form av en tunn, flexibel, vattentät självhäftande plåster.
- Enheten kan analysera svett för biokemikalier som kortisol, glukos, C-vitamin och klor.
- Det kan mäta viktiga fysiologiska markörer för att hjälpa människor att övervaka hälsa, friidrott och till och med militär prestanda.
Bara en droppe svett kan avslöja mycket om en persons kropp. Nu kan det vara lika enkelt att förstå några viktiga komponenter i din biokemi som att slå på en självhäftande lapp och dra den nära din smartphone.
I en uppsats som publicerades denna vecka iProceedings of the National Academy of Sciences, tillkännagav ett forskargrupp utvecklingen av tunna, flexibla plåster som kan samla in och analysera små mängder svett i realtid.
”Mjuka mikrofluidiska system som fångar, lagrar och utför biomarkörsanalys av mikroliter svettvolymer, in situ, när det dyker upp från hudytan, representerar en framväxande klass av bärbar teknik med kraftfulla funktioner som kompletterar de traditionella biofysiska avkänningsanordningarna , ”Skriver tidningens författare.
Denna plåster använder färgförändrande kemi för att mäta bärarens nivåer av glukos, laktat, klor, kortisol och mer. Dessa kan hjälpa till att bedöma olika komponenter i en människas hälsa, som deras hydratiseringsnivå och stress.
"Det vi försöker göra är att utveckla en uppsättning tekniker som kan återges i form av en klistermärke", medförfattare John Rogers, doktor, professor i biomedicinsk teknik, materialvetenskap och neurologisk kirurgi vid Northwestern University, berättar VeryWell. "Det här är typ av högvattenmärke för oss när det gäller funktionalitet i en enhet av den typen."
Vad detta betyder för dig
Självhäftande plåster kommer snart att finnas tillgängliga för konsumenter för användning inom friidrott och näring. Svettavkännande enheter har möjlighet att testa för flera hälsovärden och kan snart integreras i bärbara apparater som smartklockor.
Hur plåstret fungerar
Blodtestning är den vanligaste metoden för att fånga information om vissa viktiga biokemikalier som natrium, kalium, klorid och urea. Denna process är dock invasiv, eftersom den kräver att man prickar i huden eller tränger in i den med en spruta. Detta gör det mindre tilltalande som en rutinprocess.
Svett, å andra sidan, kan samlas upp från hudens yta utan några invasiva åtgärder. Och den innehåller ett antal biokemikalier som är användbara för att förstå och forma hälsoresultat.
Historiskt var att samla svett särskilt utmanande. Ibland handlade det om att skrapa det från huden med ett verktyg som inte liknar en gummiskrapa. Vid bete på huden kan material som hudceller, smuts och olja oavsiktligt förorena provet.
Denna nya enhet använder mikrofluidteknik för att rikta små mängder svett genom små kanaler, ventiler och reservoarer i plåstret. När svett frigörs från porerna i huden, rör sig den genom dessa vägar och interagerar med analyser - komponenter för att mäta sammansättningen av kemikalier från svetten. Inte bara säkerställer detta stationära plåster att svettprovet är orört, det gör det också möjligt att analysera det i realtid.
"Dessa mikrofluidplattformar har ändrat protokollen som du kan använda för att studera svett", säger Rogers, som också är grundare av Center for Bio-Integrated Electronics.
Plåstren är relativt påfallande för bäraren. En anledning till dess lilla storlek och flexibla struktur är att plåstret inte innehåller ett skrymmande batteri. Istället drivs den genom interaktioner med smartphones.
Genom att utnyttja kommunikationsteknik med närområdet, som möjliggör funktioner som trådlösa betalningar, kan patch och smartphone effektivt utbyta kraft och information. Plåstret får ström trådlöst med hjälp av radiovågor från telefonen, och information om svetten - som hur mycket som samlats in och dess kemiska smink - kommuniceras tillbaka till telefonen.
Enheten måste vara i närheten av en smartphone för att den ska fungera, vilket innebär att användaren måste svepa sin telefon nära plåstret för att den ska få ström. Men, säger Rogers, forskare kan utveckla en enhet med en större antenn som kan installeras på något som en motionscykel för att få en mer kontinuerlig läsning.
Vad svett kan berätta för oss
Svettuppsamlingens icke-invasiva karaktär kan vara mycket användbar, särskilt för människor som är beroende av rutinmässiga blodprov för att mäta deras hälsotillstånd.
"Nackdelen är att ingen verkligen vet så mycket om svett", säger Rogers. ”Den har dessa kemiska komponenter - det är känt. Men hur det stack upp mot blod är en intressant forskningsfråga och vi är mitt i det. ”
Hans forskargrupp arbetar med ett team av kardiologer vid Lurie Children's Hospital i Chicago för att bättre förstå hur biomarkörer i svett jämförs med dem i blod. Till exempel innehåller både svett och blod glukos. Forskarna kommer att mäta nivåer i båda proverna och bedöma om och hur de två är korrelerade för att göra svettningssensorerna mer exakta och användbara.
Att mäta hur kortisol, såväl som glukos och C-vitamin, frigörs i kroppen genom svett kan också ge insikt i bärarens mentala hälsa och fysiska stress. Kortisol frigörs som svar på fysiska och mentala stressfaktorer, och det kan utlösa glukosförbrukning när kroppen sparkar in i ett slagsmåls-svar. Dessutom är ökade kortisolnivåer kopplade till tillstånd som fetma, diabetes, högt blodtryck och depression.
Författarna är hoppfulla att spårning av dessa biokemikalier genom svett kommer att leda till en större förståelse för hur kortisol, glukos och C-vitamin interagerar.
Hur svettavkännande enheter kommer att användas
Nuvarande smartwatch-modeller - som Apple Watch och Fitbit - inkluderar verktyg för att mäta hjärtfrekvens, rörelse och syrehalter i blodet. För att gå vidare än dessa fysiska mätningar skulle tillägget av en svettningssensor tillåta användare att spåra biokemiska egenskaper och deras inverkan på användarens hälsa också.
"Jag har en känsla av att så småningom kommer dessa stora aktörer på marknaden att få svettavkänning eftersom det inte är invasivt", säger Tolga Kaya, doktor, chef för ingenjörsprogrammen vid Sacred Heart University i Connecticut, till Verywell. "När de väl har implementerat det i sina klockor kommer det att bli större."
Baserat på forskning från Rogers och hans team utvecklade Gatorade GX Sweat Patch. Produkten är en förenklad version av den som beskrivs i studien och testar endast faktorer som är relevanta för idrottare, som hydrering och elektrolytnivåer.
Produkten tillkännagavs via en reklam under halvtid på NBA All-Star-spelet i februari och kommer att finnas tillgänglig i sportbutiker nästa år. Plåstret korsade också den virtuella världen som en produkt i den senaste versionen av videospelet NBA 2K.
Denna teknik har olika användningsområden inom friidrott och näring, inklusive spårning av svettförlust och elektrolytnivåer.
"Du kan se om någon är hydratiserad eller uttorkad i realtid, vilket är mycket användbart för när du märker att du är törstig eller uttorkad, är det redan för sent att ta tillbaka det," säger Tolga, som inte är ansluten till Nordvästra papper. "Du tappar mental prestanda, fysisk prestation ganska snabbt."
Rogers och Tolga säger att dessa enheter också kan vara användbara för militären. För att bättre upprätthålla servicefolkens hälsa kan plåster som dessa bedöma deras hydratiserings- och kortisolnivåer för att säkerställa maximal fysisk och mental prestanda.
När forskare lär sig om hur man konstruerar enheter som samexisterar med levande system finns det utrymme för otroliga möjligheter. Från implanterbara enheter för hjärnan till fläckar för att spåra nyfödda hälsa, säger Rogers att det finns många sätt som nya verktyg kan hjälpa oss att bättre förstå vår grundläggande biologi.
"Det är ett rikt rikt, brett utrymme för forskningsinriktad akademisk forskning", säger Rogers. ”Det är en slags vetenskap med konsekvenser, på sätt och vis. Om du utvecklar en förståelse kan du kanske skapa grunden för teknik som kan förändra de sätt vi gör vård med direkta fördelar och förbättrade resultat för patienterna, minskade kostnader och utplaceringsmöjligheter i fattiga områden på planeten. ”
