Sungbong Kim, Roozbeh Ghaffari, John A. Rogers
Key Takeaways
- Zinātnieki uzbūvēja sviedru uztveršanas ierīci plānas, elastīgas, ūdensizturīgas līmējošas plākstera formā.
- Ierīce var analizēt sviedrus tādiem bioķīmiskiem līdzekļiem kā kortizols, glikoze, C vitamīns un hlors.
- Tas var izmērīt galvenos fizioloģiskos marķierus, lai palīdzētu cilvēkiem uzraudzīt veselību, vieglatlētiku un pat militāro sniegumu.
Tikai sviedru piliens var daudz atklāt par cilvēka ķermeni. Tagad dažu galveno jūsu bioķīmijas sastāvdaļu izpratne var būt tikpat vienkārša kā pliķēšana uz līmējama plākstera un vilkšana netālu no viedtālruņa.
Šonedēļ publicētajā dokumentāNacionālās Zinātņu akadēmijas raksti, pētnieku komanda paziņoja par plānu, elastīgu plāksteru izstrādi, kas reāllaikā var savākt un analizēt nelielu daudzumu sviedru.
“Mīkstās mikrofluidiskās sistēmas, kas uztver, uzglabā un veic svītru mikrolitru tilpuma biomarķieru analīzi in situ, kad tas parādās no ādas virsmas, pārstāv jaunu valkājamu tehnoloģiju klasi ar spēcīgām iespējām, kas papildina tradicionālo biofizikālo sensoru ierīces , ”Raksta darba autori.
Šis plāksteris izmanto krāsu mainīgu ķīmiju, lai mērītu lietotāja glikozes, laktāta, hlora, kortizola un daudz ko citu. Tas var palīdzēt novērtēt dažādas personas veselības sastāvdaļas, piemēram, hidratācijas līmeni un stresu.
"Tas, ko mēs cenšamies darīt, ir izstrādāt tādu tehnoloģiju komplektu, kuras var atveidot uzlīmes veidā," līdzautors Džons Rodžerss, PhD, Ziemeļrietumu universitātes biomedicīniskās inženierijas, materiālu zinātnes un neiroloģiskās ķirurģijas profesors, stāsta VeryWell. "Šī ir sava veida ūdens līmeņa atzīme attiecībā uz šāda veida ierīces funkcionalitātes jomu."
Ko tas jums nozīmē
Drīz patērētājiem būs pieejami līmējošie plāksteri, kurus varēs izmantot vieglatlētikā un uztura jomā. Sviedru uztveršanas ierīcēm ir iespēja pārbaudīt vairākus veselības rādītājus, un tās drīz varētu integrēt tādās valkājamās ierīcēs kā viedpulksteņi.
Kā darbojas plāksteris
Asins analīzes ir visizplatītākā metode informācijas iegūšanai par noteiktiem galvenajiem bioķīmiskajiem līdzekļiem, piemēram, nātriju, kāliju, hlorīdu un urīnvielu. Šis process tomēr ir invazīvs, jo tam ir nepieciešams iedurt ādu vai iekļūt tajā ar šļirci. Tas padara to mazāk pievilcīgu kā ikdienas procesu.
Savukārt sviedrus var savākt no ādas virsmas bez invazīvām darbībām. Un tas satur virkni bioķīmisko vielu, kas ir noderīgi, lai izprastu un veidotu veselības rezultātus.
Vēsturiski sviedru savākšana bija īpaši sarežģīta. Dažreiz tas bija saistīts ar tā nokasīšanu no ādas ar instrumentu, kas atšķirībā no slotiņas. Ganot ādu, tādi materiāli kā ādas šūnas, netīrumi un eļļa nejauši var piesārņot paraugu.
Šī jaunā ierīce izmanto mikrofluidisko tehnoloģiju, lai novadītu nelielu sviedru daudzumu caur maziem kanāliem, vārstiem un rezervuārā esošajiem rezervuāriem. Kad sviedri izdalās no ādas porām, tie pārvietojas pa šiem ceļiem un mijiedarbojas ar testiem - komponentiem, lai noteiktu sviedru ķīmisko sastāvu. Šis stacionārais plāksteris ne tikai nodrošina sviedru parauga neskartumu, bet arī ļauj to analizēt reāllaikā.
"Šīs mikrofluidiskās platformas ir mainījušas protokolus, kurus varat izmantot sviedru izpētei," saka Rodžers, kurš ir arī Biointegrētās elektronikas centra dibinātājs direktors.
Plāksteri valkātājam ir samērā neuzkrītoši. Viens no tā mazo izmēru un elastīgās struktūras iemesliem ir tas, ka plāksteris nesatur lielgabarīta akumulatoru. Tā vietā to darbina mijiedarbība ar viedtālruņiem.
Tuvā diapazona sakaru tehnoloģijas izmantošana, kas nodrošina tādas funkcijas kā bezvadu maksājumi, plāksteris un viedtālrunis var efektīvi apmainīt enerģiju un informāciju. Plāksteris saņem strāvu bez vadiem, izmantojot tālruņa radioviļņus, un informācija par sviedriem - piemēram, par to, cik daudz tika savākta, un to ķīmisko sastāvu - tiek nosūtīta atpakaļ uz tālruni.
Lai ierīce darbotos, ierīcei jāatrodas tuvu viedtālrunim, tas nozīmē, ka lietotājam ir jāvelk tālrunis tuvu plāksterim, lai tas saņemtu enerģiju. Bet, pēc Rodžersa teiktā, zinātnieki varētu izstrādāt ierīci ar lielāku antenu, ko varētu uzstādīt uz kaut kā velotrenažiera, lai iegūtu nepārtrauktāku lasīšanu.
Ko sviedri mums var pateikt
Sviedru savākšanas neinvazīvais raksturs var būt ļoti noderīgs, īpaši cilvēkiem, kuri paļaujas uz ikdienas asins analīzēm, lai noteiktu viņu veselības stāvokli.
"Trūkums ir tāds, ka neviens īsti nezina tik daudz par sviedriem," saka Rodžers. "Tam ir šie ķīmiskie komponenti - tas ir zināms. Bet kā tas notiek pret asinīm, tas ir interesants pētījuma jautājums, un mēs esam tam pa vidu. "
Viņa pētniecības grupa strādā ar kardiologu komandu Lurijas bērnu slimnīcā Čikāgā, lai labāk izprastu, kā sviedru biomarķieri salīdzina ar asinīs esošajiem. Piemēram, gan sviedri, gan asinis satur glikozi. Pētnieki mērīs līmeņus abos paraugos un novērtēs, vai un kā abi ir savstarpēji saistīti, lai sviedru sensori būtu precīzāki un noderīgāki.
Novērtējot, kā kortizols, kā arī glikoze un C vitamīns izdalās organismā ar sviedriem, varētu iegūt ieskatu arī lietotāja garīgajā veselībā un fiziskajā stresā. Kortizols izdalās, reaģējot uz fizisko un garīgo stresu, un tas var izraisīt glikozes patēriņu, kad ķermenis sāk reaģēt uz cīņu vai bēgšanu. Turklāt paaugstināts kortizola līmenis ir saistīts ar tādiem apstākļiem kā aptaukošanās, diabēts, hipertensija un depresija.
Autori cer, ka šo bioķīmisko vielu izsekošana ar sviedriem ļaus labāk izprast kortizola, glikozes un C vitamīna mijiedarbību.
Kā tiks izmantotas sviedru uztveršanas ierīces
Pašreizējie viedpulksteņu modeļi - piemēram, Apple Watch un Fitbit - ietver rīkus sirdsdarbības, kustību un skābekļa līmeņa asinīs mērīšanai. Lai pārsniegtu šos fiziskos mērījumus, sviedru sensora pievienošana ļautu lietotājiem izsekot arī bioķīmiskajām īpašībām un to ietekmei uz lietotāja veselību.
"Man ir sajūta, ka galu galā šie lielie tirgus dalībnieki pārņems sviedru sajūtu, jo tas nav invazīvs," Verywell stāsta Tolga Kaya, PhD, Konektikutas Svētās Sirds universitātes inženierzinātņu programmu direktore. "Kad viņi to ieviesīs pulksteņos, tas kļūs lielāks."
Balstoties uz Rodžersa un viņa komandas pētījumiem, Gatorade izstrādāja sviedru plāksteri GX. Produkts ir vienkāršota versija, kas aprakstīta pētījumā, un pārbauda tikai faktorus, kas attiecas uz sportistiem, piemēram, hidratāciju un elektrolītu līmeni.
Produkts tika paziņots ar reklāmas starplaiku NBA Visu zvaigžņu spēlē februārī un nākamgad būs pieejams sporta preču veikalos. Plāksteris arī iekļuva virtuālajā sfērā kā produkts jaunākajā videospēļu NBA 2K versijā.
Šai tehnoloģijai ir dažādi pielietojumi vieglatlētikas un uztura jomā, tostarp sviedru zuduma un elektrolītu līmeņa izsekošana.
"Jūs varat pateikt, vai kāds ir hidratēts vai dehidrēts reāllaikā, kas ir ļoti noderīgi, jo, pamanot, ka esat izslāpis vai dehidrēts, jau ir par vēlu to atgriezt," saka Tolga, kura nav saistīta ar Ziemeļrietumu papīrs. "Jūs diezgan ātri zaudējat garīgo un fizisko sniegumu."
Rodžers un Tolga apgalvo, ka šīs ierīces varētu būt noderīgas arī militārpersonām. Lai labāk uzturētu apkalpojošo cilvēku veselību, šādi plāksteri varētu novērtēt viņu hidratācijas un kortizola līmeni, lai nodrošinātu maksimālu fizisko un garīgo veiktspēju.
Kad zinātnieki uzzina par to, kā izstrādāt ierīces, kas pastāv līdzās dzīves sistēmām, ir iespēja neticami iespējai. Sākot no smadzeņu implantējamām ierīcēm līdz pat plāksteriem, lai izsekotu jaundzimušo veselību, Rogers saka, ka ir daudz veidu, kā jauni rīki var palīdzēt mums labāk izprast mūsu pamata bioloģiju.
"Tā ir patiešām bagāta, plaša telpa uz atklājumiem orientētu akadēmisko pētījumu veikšanai," saka Rodžers. "Tā ir sava veida zinātne ar sekām savā ziņā. Ja jums izveidojas izpratne, jūs varētu radīt pamatu tehnoloģijām, kas varētu pārveidot to, kā mēs veicam veselības aprūpi, ar tiešiem ieguvumiem un labākiem rezultātiem pacientiem, zemākām izmaksām un izvietojamību nabadzīgajos planētas apgabalos. "
-and-advil-(ibuprofen).jpg)
