Обнаружение маркеров здоровья в нитевых носимых датчиках пота

Инженеры создали гибкую электронную сенсорную накладку, которую можно вшить в одежду, чтобы анализировать пот на наличие нескольких маркеров. Пластырь можно использовать для диагностики и мониторинга острых и хронических заболеваний или для мониторинга здоровья во время занятий спортом или на рабочем месте. Устройство состоит из специальных сенсорных нитей, гибких электронных компонентов и беспроводной связи для сбора, хранения и обработки данных в режиме реального времени.

Типичные потребительские мониторы здоровья могут отслеживать частоту сердечных сокращений, температуру, уровень глюкозы, пройденное расстояние и другие грубые измерения; однако для сбора медицинских данных или высокоэффективных спортивных или военных приложений требуется более подробное понимание состояния здоровья, стресса и работоспособности человека. В частности, метаболические маркеры, такие как электролиты и другие биологические молекулы, обеспечивают более прямой индикатор здоровья человека для точной оценки спортивных результатов, безопасности на рабочем месте, клинической диагностики и лечения хронических заболеваний.

Патч-устройство в режиме реального времени измеряет важные биомаркеры, присутствующие в поте, включая ионы натрия и аммония (электролиты), лактат (метаболит) и кислотность (pH). Платформа устройства также может включать в себя широкий спектр датчиков, способных отслеживать почти все маркеры, присутствующие в поте. Проведенные измерения могут иметь полезные диагностические применения:натрий из пота может указывать на состояние гидратации и дисбаланс электролитов в организме; концентрация лактата может быть индикатором мышечной усталости; уровни ионов хлора можно использовать для диагностики и мониторинга кистозного фиброза; а кортизол, гормон стресса, можно использовать для оценки эмоционального стресса, а также метаболических и иммунных функций. Спортсмены могут отслеживать широкий спектр маркеров во время физических нагрузок, чтобы прогнозировать пики или спады результатов во время соревнований.

Возможность интегрировать датчики в одежду стала возможной благодаря гибким нитям, покрытым проводящими чернилами. Различные покрытия изменяют функциональность нитей; например, лактат можно обнаружить, покрыв нить ферментативным сенсорным материалом, содержащим фермент лактатоксидазу. Нить, чувствительная к pH, покрыта полианилином, реагирующим на кислотность, и так далее. Массив датчиков нитей интегрирован в одежду или нашивку и подключен к миниатюрному схемному модулю и микропроцессору с возможностью беспроводной связи со смартфоном.

Исследователи протестировали устройство на людях, отслеживая реакцию электролитов и метаболитов во время максимальных нагрузок на велотренажере. Датчики могли обнаруживать изменения уровней аналита по мере их движения вверх и вниз с интервалом от 5 до 30 секунд — этого достаточно для большинства потребностей отслеживания в реальном времени. Исследование показало, что датчик способен обнаруживать устойчивые паттерны экспрессии аналита, которые можно использовать для будущих исследований по выявлению этих корреляций.