I sensori portabili decodificano la composizione dinamica nel sudore

Un nuovo sensore portabile dell'interfaccia sviluppato all'università di California in Berkeley può essere molto utile da aiutarci a capire come la composizione chimica dell'organismo cambia in una miriade di situazioni. Per esempio, queste piccole unità del tipo di toppa hanno potuto individuare la presenza di emissioni come fatica o disidratazione.

Gli scienziati a volte hanno esaminato il sudore come rispecchiare i prodotti chimici dell'organismo. Tuttavia, questo resta provare. I sensori correnti sono destinati per essere prodotti in serie all'alta velocità, permettendo ai grandi studi di essere effettuato su sudore, che può contribuire a definire il futuro di questo campo.

Nello studio presente, i sensori innovatori sono stati utilizzati per esaminare la tariffa di produzione del sudore e della sua composizione in termini di sali e glucosio. Sia da sudore indotto da esercizio che indotto iontophore è stato esaminato in volontari. Iontophores è sostanze che stimolano per sudare la produzione.

I nuovi sensori portabili sviluppati dagli scienziati a Uc Berkeley possono fornire le misure in tempo reale del tasso di sudorazione ed elettroliti e metaboliti in sudore. Credito di immagine: Bizen Maskey, università del cittadino di Sunchon
I nuovi sensori portabili sviluppati dagli scienziati a Uc Berkeley possono fornire le misure in tempo reale del tasso di sudorazione ed elettroliti e metaboliti in sudore. Credito di immagine: Bizen Maskey, università del cittadino di Sunchon

Il ricercatore Ali Javey dice, “lo scopo del progetto non è appena di fare i sensori ma l'inizio fare molti studi tematici e vedere che cosa sudare ci dice -- Dico sempre “il decodifica„ composizione sudata.„

I sensori sono stati posizionati nei posti strategici come la fronte, l'avambraccio, sotto le ascelle e la tomaia indietro, sugli utenti che poi hanno guidato una bicicletta di esercizio. Le loro misure hanno indicato che la tariffa dei livelli dell'elettrolito del sudore di produzione del sudore ha correlato con da svuotamento fluido indotto da esercizio dell'elettrolito. Consumato come i polsini o fasce, questo ha potuto offrire un modo semplice di predire la disidratazione ed il tempo reale di squilibrio dell'elettrolito durante l'esercizio gravoso. In futuro, i ricercatori sperano di includere un sensore di temperatura resistente pure per compensare l'effetto della temperatura sui sensori elettrochimici.

Secondariamente, da sudore indotto iontophore è stato esaminato. Questo metodo ha evidenziato le differenze significative con il tipo di sudore, se indotto da esercizio o differenze iontophoretic e come pure quotidiane.

In terzo luogo, i ricercatori hanno realizzato un confronto di sangue e dei livelli di digiuno del glucosio del sudore in partecipanti in buona salute e diabetici. I metodi precedenti non hanno potuto raggiungere un confronto istantaneo dovuto le more inevitabili nella raccolta dei abbastanza sudate per la misura come pure la necessità di usando un livello fatto la media. I sensori correnti hanno permesso le misure immediate e sensibili sia di sangue che del glucosio del sudore allo stesso tempo. Ciò ha indicato che le singole prove del glucosio del sudore non erano un indicatore molto accurato della concentrazione nel glucosio di sangue.

Lo studio corrente è notevole per il suo uso di una procedura rotatoria di schermo-stampa del rotolo--rotolo, in cui i sensori sono stampati sopra ad un rotolo di plastica come tante parole su un rotolo di carta da giornale. Ciò è un grande avanzamento sopra i più vecchi trattamenti incisione e della litografia che richiedono una serie di punti, nella sua progettazione automatizzata di fabbricazione in serie sviluppata per stampa costante ad alta velocità del gran-substrato. Ciò permette che i sensori in situ in tempo reale siano prodotti tramite un trattamento di alto-capacità di lavorazione. Il vantaggio pratico è la disponibilità abbondante dei sensori che sono affidabili, accurati e riproducibili per le applicazioni accademiche e pratiche.

Il processo di fabbricazione è stato risolto in collaborazione con il centro di ricerca tecnico di VTT della Finlandia. Dice Jussi Hiltunen di VTT, “il trattamento del Rotolo--rotolo permette alla produzione in grande quantità delle toppe a perdere a basso costo.„

La percezione del sudore è un modo potenzialmente più facile valutare i livelli di varie sostanze di organismo alla punto-de-cura e senza dovere estrarre il sangue o il bastone in aghi di stampa. Contiene una miriade di biomolecole, compreso le più piccole molecole del glucosio e del sale e le più grandi particelle della proteina o del peptide che vengono dall'interno dell'organismo. Così potrebbe essere utile capire lo stato chimico dell'organismo in qualsiasi momento.

Alcuni piccoli studi già hanno indicato la possibilità di usando le misure sudate affinchè determinati biomarcatori predicano lo stato di salute. Infatti, la prova del sudore è stata mezzi importanti di diagnosi nella fibrosi cistica, nella neuropatia autonoma e nella disidratazione. Tuttavia, i metodi convenzionali di prova del sudore richiedono gli impianti dedicati, l'addestramento esperto e la raccolta specializzata di sudore. Ciò ostacola il monitoraggio in tempo reale di sudore su una base sistematica e limita la dimensione degli studi.

I nuovi sensori hanno tre livelli: un livello stampato che contiene il sensore, un distanziatore adesivo a doppia faccia microfluidic, che contiene i tubi microfluidic a spirale e un bacino idrico della raccolta della capacità di 2,5 µL e una lamiera sottile flessibile che riguarda le componenti funzionali. La copertina ed il livello adesivo microfluidic entrambe sono destinati per contenere i canali incapsulati per il sudore. Una volta che il livello adesivo microfluidic è laminato fra gli altri due livelli, i canali microfluidic sono sigillati strettamente.

Il sudore attraversa il bacino idrico della raccolta sul punto dell'entrata in cui gli analiti sono misurati continuamente dai sensori elettrochimici. Una volta che riempie, il più vecchio sudore è eliminato nel canale recentemente dall'arrivare sudato, dove entr inare contatto con gli elettrodi d'argento immersive. Questi misurano continuamente il tasso di sudorazione in tempo reale tramite le misure dell'impedenza. Ciò impedisce l'evaporazione e la contaminazione del sudore, evitare l'esigenza della mescolanza e dell'eliminazione del rischio di effetti di contratto di riporto. Il reticolo stratificato permette le alte velocità di stampa e flessibilità di progettazione.  

Con i metodi statici più iniziali, il sudore sarebbe riunito per un intervallo predefinito e poi è stato misurato. Ora, tuttavia, dice il ricercatore Hnin Yin Yin Nyein, “facendo uso di queste unità che portabili possiamo ora raccogliere continuamente i dati dalle parti del corpo differenti, per esempio per capire come la perdita essudativa locale può stimare la perdita fluida dell'intero-organismo.„

L'autore principale Mallika Bariya dice, “c'è stato molta speranza che le prove non invadenti del sudore potrebbero sostituire alle le misure basate a sangue per la diagnostica ed il video del diabete, ma abbiamo indicato che non c' è una correlazione semplice e universale fra i livelli del glucosio di sangue e del sudore.  Ciò è importante affinchè la comunità sappia, di modo che andando in avanti noi metta a fuoco sullo studio individualizzato o sulle correlazioni di multi-parametro.„

Più lavoro sarà necessario capire la composizione nel sudore relativamente al peso corporeo, invecchia, è a dieta e stato di idratazione come pure cambiamenti col passare del tempo. Le tecniche di produzione egualmente saranno raffinate per evitare le fluttuazioni nella prestazione dovuto il metodo della goccia-colata impiegato corrente. Esattamente estraendo la ricchezza di informazioni contenuta in sudore, i ricercatori sperano di rivelare l'utilità e le limitazioni vere dei sensori del sudore nella medicina e nella scienza.

Lo studio è stato pubblicato il 16 agosto 2019, negli avanzamenti di scienza del giornale.

Journal reference:

Regional and correlative sweat analysis using high-throughput microfluidic sensing patches toward decoding sweat, Hnin Yin Yin Nyein, Mallika Bariya, Liisa Kivimäki4, Sanna Uusitalo, Tiffany Sun Liaw, Elina Jansson, Christine Heera Ahn1, John A. Hangasky, Jiangqi Zhao, Yuanjing Lin, Tuomas Happonen, Minghan Chao1, Christina Liedert, Yingbo Zhao1,3, Li-Chia Tai, Jussi Hiltunen4 and Ali Javey, Science Advances  16 Aug 2019: Vol. 5, no. 8, DOI: 10.1126/sciadv.aaw9906, https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaaw9906

Dr. Liji Thomas

Written by

Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is an OB-GYN, who graduated from the Government Medical College, University of Calicut, Kerala, in 2001. Liji practiced as a full-time consultant in obstetrics/gynecology in a private hospital for a few years following her graduation. She has counseled hundreds of patients facing issues from pregnancy-related problems and infertility, and has been in charge of over 2,000 deliveries, striving always to achieve a normal delivery rather than operative.

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