Sungbong Kim, Roozbeh Ghaffari, John A. Rogers
Die zentralen Thesen
- Wissenschaftler bauten ein Schweißmessgerät in Form eines dünnen, flexiblen und wasserdichten Klebepflasters.
- Das Gerät kann Schweiß auf Biochemikalien wie Cortisol, Glukose, Vitamin C und Chlor analysieren.
- Es kann wichtige physiologische Marker messen, um Menschen bei der Überwachung von Gesundheit, Leichtathletik und sogar militärischer Leistung zu helfen.
Schon ein Tropfen Schweiß kann viel über den Körper einer Person verraten. Das Verständnis einiger Schlüsselkomponenten Ihrer Biochemie kann jetzt so einfach sein, als würden Sie auf ein Klebepflaster klatschen und es in die Nähe Ihres Smartphones streichen.
In einem Artikel, der diese Woche in veröffentlicht wurdeVerfahren der Nationalen Akademie der WissenschaftenEin Forscherteam kündigte die Entwicklung dünner, flexibler Pflaster an, mit denen kleine Schweißmengen in Echtzeit gesammelt und analysiert werden können.
„Weiche Mikrofluidsysteme, die in situ Biomarker-Analysen von Mikroliter-Schweißvolumina erfassen, speichern und durchführen, wenn diese von der Hautoberfläche austreten, stellen eine aufstrebende Klasse tragbarer Technologien dar, deren leistungsstarke Funktionen die herkömmlicher biophysikalischer Sensorgeräte ergänzen ", Schreiben die Autoren des Papiers.
Dieses Pflaster verwendet eine Farbwechselchemie, um den Glukose-, Laktat-, Chlor-, Cortisol- und andere Spiegel des Trägers zu messen. Diese können dabei helfen, verschiedene Komponenten der Gesundheit einer Person zu beurteilen, wie z. B. den Grad der Flüssigkeitszufuhr und den Stress.
"Wir versuchen, eine Reihe von Technologien zu entwickeln, die in Form eines Aufklebers wiedergegeben werden können", so Co-Autor John Rogers, PhD, Professor für Biomedizintechnik, Materialwissenschaften und neurologische Chirurgie an der Northwestern University. erzählt VeryWell. "Dies ist für uns eine Art Hochwassermarke in Bezug auf den Funktionsumfang eines Geräts dieses Typs."
Was dies für Sie bedeutet
In Kürze werden den Verbrauchern Klebepflaster für die Leichtathletik und Ernährung zur Verfügung stehen. Schweißmessgeräte können auf mehrere Gesundheitsdaten testen und könnten bald in Wearables wie Smartwatches integriert werden.
Wie der Patch funktioniert
Blutuntersuchungen sind die häufigste Methode zur Erfassung von Informationen über bestimmte wichtige Biochemikalien wie Natrium, Kalium, Chlorid und Harnstoff. Dieser Vorgang ist jedoch invasiv, da die Haut gestochen oder mit einer Spritze durchdrungen werden muss. Dies macht es als Routineprozess weniger attraktiv.
Schweiß hingegen kann ohne invasive Einwirkungen von der Hautoberfläche gesammelt werden. Und es enthält eine Reihe von Biochemikalien, die zum Verständnis und zur Gestaltung der Gesundheitsergebnisse nützlich sind.
Historisch gesehen war das Sammeln von Schweiß eine besondere Herausforderung. Manchmal wurde es mit einem Werkzeug von der Haut abgekratzt, ähnlich wie bei einem Rakel. Beim Weiden auf der Haut können Materialien wie Hautzellen, Schmutz und Öl die Probe unbeabsichtigt verschmutzen.
Dieses neue Gerät verwendet Mikrofluidik-Technologie, um kleine Schweißmengen durch winzige Kanäle, Ventile und Reservoire im Pflaster zu leiten. Wenn Schweiß aus den Poren der Haut freigesetzt wird, wandert er über diese Wege und interagiert mit Assays - Komponenten zur Messung der Zusammensetzung von Chemikalien aus dem Schweiß. Dieses stationäre Pflaster stellt nicht nur sicher, dass die Schweißprobe makellos ist, sondern ermöglicht auch die Analyse in Echtzeit.
„Diese mikrofluidischen Plattformen haben die Protokolle geändert, mit denen Sie Schweiß untersuchen können“, sagt Rogers, der auch Gründungsdirektor des Zentrums für biointegrierte Elektronik ist.
Die Flecken sind für den Träger relativ unauffällig. Ein Grund für seine geringe Größe und flexible Struktur ist, dass der Patch keine sperrige Batterie enthält. Stattdessen wird es durch Interaktionen mit Smartphones mit Strom versorgt.
Der Patch und das Smartphone nutzen die Nahbereichskommunikationstechnologie, die Funktionen wie drahtloses Bezahlen ermöglicht, und können effektiv Strom und Informationen austauschen. Der Patch wird drahtlos über Funkwellen vom Telefon mit Strom versorgt, und Informationen über den Schweiß - wie z. B. wie viel gesammelt wurde und wie sich die Chemikalien zusammensetzen - werden an das Telefon zurückgesendet.
Das Gerät muss sich in unmittelbarer Nähe eines Smartphones befinden, damit es funktioniert. Dies bedeutet, dass der Benutzer sein Telefon in die Nähe des Patches streichen muss, damit es mit Strom versorgt wird. Laut Rogers könnten Wissenschaftler jedoch ein Gerät mit einer größeren Antenne entwickeln, das auf so etwas wie einem Heimtrainer installiert werden könnte, um eine kontinuierlichere Ablesung zu erhalten.
Was Schweiß uns sagen kann
Die nicht-invasive Natur der Schweißentnahme kann sehr nützlich sein, insbesondere für Menschen, die sich auf routinemäßige Blutuntersuchungen verlassen, um ihren Gesundheitszustand zu messen.
"Der Nachteil ist, dass niemand wirklich so viel über Schweiß weiß", sagt Rogers. "Es hat diese chemischen Komponenten - das ist bekannt. Aber wie es sich gegen Blut verhält, ist eine interessante Forschungsfrage, und wir sind mittendrin. "
Seine Forschungsgruppe arbeitet mit einem Team von Kardiologen am Lurie Children’s Hospital in Chicago zusammen, um besser zu verstehen, wie sich Biomarker im Schweiß mit denen im Blut vergleichen lassen. Zum Beispiel enthalten sowohl Schweiß als auch Blut Glukose. Die Forscher werden die Werte in beiden Proben messen und beurteilen, ob und wie die beiden miteinander korrelieren, um die Schweißsensoren genauer und nützlicher zu machen.
Die Messung, wie Cortisol sowie Glukose und Vitamin C durch Schweiß im Körper freigesetzt werden, könnte auch einen Einblick in die geistige Gesundheit und den körperlichen Stress des Trägers geben. Cortisol wird als Reaktion auf körperliche und geistige Stressfaktoren freigesetzt und kann den Glukoseverbrauch auslösen, wenn der Körper eine Kampf- oder Fluchtreaktion auslöst. Darüber hinaus sind erhöhte Cortisolspiegel mit Erkrankungen wie Fettleibigkeit, Diabetes, Bluthochdruck und Depressionen verbunden.
Die Autoren sind zuversichtlich, dass die Verfolgung dieser Biochemikalien durch Schweiß zu einem besseren Verständnis der Wechselwirkung von Cortisol, Glukose und Vitamin C führen wird.
Wie Schweißmessgeräte verwendet werden
Aktuelle Smartwatch-Modelle - wie die Apple Watch und das Fitbit - enthalten Tools zur Messung von Herzfrequenz, Bewegung und Blutsauerstoffgehalt. Um über diese physikalischen Messungen hinauszugehen, könnten Benutzer durch Hinzufügen eines Schweißsensors die biochemischen Eigenschaften und ihre Auswirkungen auf die Gesundheit des Benutzers verfolgen.
"Ich habe das Gefühl, dass diese großen Akteure auf dem Markt irgendwann die Schweißerkennung übernehmen werden, weil sie nicht invasiv ist", sagt Dr. Tolga Kaya, Leiterin der Ingenieurprogramme an der Sacred Heart University in Connecticut, gegenüber Verywell. "Sobald sie es in ihre Uhren implementieren, wird es größer."
Basierend auf Forschungen von Rogers und seinem Team hat Gatorade den GX Sweat Patch entwickelt. Das Produkt ist eine vereinfachte Version der in der Studie beschriebenen und testet nur auf für Sportler relevante Faktoren wie Flüssigkeitszufuhr und Elektrolytwerte.
Das Produkt wurde während der Halbzeit beim NBA All-Star-Spiel im Februar über einen Werbespot angekündigt und wird nächstes Jahr in Sportgeschäften erhältlich sein. Der Patch ist in der neuesten Version des Videospiels NBA 2K auch als Produkt in den virtuellen Bereich übergegangen.
Diese Technologie hat verschiedene Anwendungen in den Bereichen Leichtathletik und Ernährung, einschließlich der Verfolgung von Schweißverlust und Elektrolytwerten.
"Sie können in Echtzeit feststellen, ob jemand hydratisiert oder dehydriert ist, was sehr hilfreich ist, denn wenn Sie feststellen, dass Sie durstig oder dehydriert sind, ist es bereits zu spät, ihn zurückzubringen", sagt Tolga, der nicht mit dem verbunden ist Nordwestliches Papier. "Sie verlieren geistige Leistung, körperliche Leistung ziemlich schnell."
Rogers und Tolga sagen, dass diese Geräte auch für das Militär nützlich sein könnten. Um die Gesundheit der Servicemitarbeiter besser zu erhalten, könnten solche Pflaster ihren Hydratations- und Cortisolspiegel bewerten, um eine maximale körperliche und geistige Leistungsfähigkeit sicherzustellen.
Wenn Wissenschaftler lernen, wie man Geräte entwickelt, die mit lebenden Systemen koexistieren, gibt es Raum für unglaubliche Möglichkeiten. Von implantierbaren Geräten für das Gehirn bis hin zu Pflastern zur Verfolgung der Gesundheit von Neugeborenen gibt es laut Rogers viele Möglichkeiten, wie neue Werkzeuge uns helfen können, unsere grundlegende Biologie besser zu verstehen.
"Es ist ein wirklich reichhaltiger, breiter Raum für entdeckungsorientierte akademische Forschung", sagt Rogers. "Es ist gewissermaßen eine Art Wissenschaft mit Konsequenzen. Wenn Sie ein Verständnis entwickeln, können Sie möglicherweise die Grundlagen für Technologien schaffen, die die Art und Weise, wie wir im Gesundheitswesen tätig sind, mit direkten Vorteilen und verbesserten Ergebnissen für die Patienten, reduzierten Kosten und Einsatzfähigkeit in verarmten Gebieten des Planeten verändern können. “
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