Компактний переносний «лабораторія на шкірі» постійно контролює рівень глюкози, алкоголю та лактату

Компактний переносний «лабораторія на шкірі» постійно контролює рівень глюкози, алкоголю та лактату

Пристрій можна носити на плечі, поки його носить. Авторство: Лабораторія нанобіоелектроніки/UC San Diego

Уявіть, що ви можете виміряти рівень цукру в крові, знати, чи не випили ви занадто багато алкоголю, і відстежувати втому м’язів під час тренування, і все це в одному маленькому пристрої, який носите на шкірі. Інженери Каліфорнійського університету в Сан-Дієго (UCSD) розробили прототип такого носового пристрою, який може безперервно відстежувати кілька показників здоров’я — рівень глюкози, алкоголю та лактату — одночасно в режимі реального часу.

«Це як повна лабораторія на шкірі». — Джозеф Ван

Багатозадачний пристрій розміром лише з шість чвертей. Він наноситься на шкіру за допомогою липучків з мікроскопічних голок або мікроголок, кожна з яких становить приблизно одну п’яту ширини людського волосся. Носіння пристрою не болісне — мікроголки ледве проникають через поверхню шкіри, щоб відчути біомолекули в інтерстиціальній рідині, яка є рідиною, що оточує клітини під шкірою. Пристрій можна носити на плечі та надсилати дані бездротовим способом у спеціальний додаток для смартфона.

Дослідники з Центру носимих датчиків Каліфорнійського університету в Сан-Дієго описують свій пристрій у статті, опублікованій сьогодні (9 травня 2022 року) в журналі. Природа біомедична інженерія.

Пристрій можна носити на плечі та надсилати дані бездротовим способом у спеціальний додаток для смартфона. Авторство: Лабораторія нанобіоелектроніки/UC San Diego

«Це як повна лабораторія на шкірі», — сказав директор центру Джозеф Ван, професор наноінженерії в Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго і співавтор статті. «Він здатний безперервно вимірювати декілька біомаркерів одночасно, дозволяючи користувачам контролювати своє здоров’я та самопочуття під час виконання повсякденної діяльності».

Більшість комерційних моніторів стану здоров’я, таких як безперервні монітори глюкози для пацієнтів з діабетом, вимірюють лише один сигнал. Проблема цього, за словами дослідників, полягає в тому, що в ньому не входить інформація, яка могла б допомогти людям з діабетом, наприклад, ефективніше керувати хворобою. Контроль рівня алкоголю корисний, оскільки вживання алкоголю може знизити рівень глюкози. Знання обох рівнів може допомогти людям з цукровим діабетом запобігти занадто низькому зниженню рівня цукру в крові після вживання напою. Об’єднання інформації про лактат, яке можна відстежувати під час тренування як біомаркер м’язової втоми, також корисно, оскільки фізична активність впливає на здатність організму регулювати рівень глюкози.

«За допомогою нашого носимого пристрою люди можуть побачити взаємодію між стрибками або спадами глюкози з дієтою, фізичними вправами та вживанням алкогольних напоїв. Це також може підвищити якість їхнього життя», – сказав Фаршад Техрані, аспірант з наноінженерії в лабораторії Ванга та один із перших авторів дослідження.

Мікроголки злилися з електронікою

Пристрій для носіння складається з накладки з мікроголкою, з’єднаної з корпусом електроніки. Різні ферменти на кінчиках мікроголок реагують з глюкозою, спиртом і лактатом в інтерстиціальній рідині. Ці реакції генерують невеликі електричні струми, які аналізуються електронними датчиками та передаються бездротовим додатком, розробленим дослідниками. Результати відображаються в режимі реального часу на смартфоні.

Одноразовий пластир з мікроголкою

Одноразовий пластир з мікроголкою від’єднується від багаторазового електронного футляра. Авторство: Лабораторія нанобіоелектроніки/UC San Diego

Перевага використання мікроголок полягає в тому, що вони безпосередньо відбирають пробу інтерстиціальної рідини, і дослідження показали, що біохімічні рівні, виміряні в цій рідині, добре корелюють з рівнями в крові.

«Ми починаємо дуже добре з цією технологією з точки зору клінічної валідності та актуальності», — сказав Патрік Мерсьє, професор електротехніки та комп’ютерної інженерії в Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго та співавтор статті. «Це знижує бар’єри для клінічного перекладу».

Пластир з мікроголкою, який є одноразовим, можна від’єднати від електронного футляра для легкої заміни. Електронний корпус, який можна використовувати багаторазово, містить акумулятор, електронні датчики, бездротовий передавач та інші електронні компоненти. Пристрій можна заряджати на будь-якій бездротовій зарядній панелі, яка використовується для телефонів і розумних годинників.

Багатозадачна мікроголка для підзарядки

Пристрій можна заряджати за допомогою стандартної бездротової зарядної панелі. Авторство: Лабораторія нанобіоелектроніки/UC San Diego

Об’єднання всіх цих компонентів в один маленький бездротовий пристрій для носіння було однією з найбільших проблем команди. Крім того, вимагалося розумного дизайну та інженерії, щоб поєднати багаторазову електроніку, яка повинна залишатися сухою, із пластиром з мікроголкою, який піддається впливу біологічної рідини.

«Принадність цього полягає в тому, що це повністю інтегрована система, яку хтось може носити, не прив’язавшись до настільного обладнання», — сказав Мерсьє, який також є співдиректором Центру носимих датчиків UC San Diego.

Тестування

Пристрій для носіння протестували на п’яти добровольцях, які носили пристрій на плечі під час вправ, їли та пили келих вина. Пристрій використовувався для постійного моніторингу рівня глюкози у добровольців одночасно з рівнем алкоголю або лактату. Вимірювання рівня глюкози, алкоголю та лактату, зроблені пристроєм, дуже точно відповідали вимірюванням, зробленим відповідно до комерційного глюкометра, алкотестера та вимірювань лактату в крові, проведених у лабораторії.

Наступні кроки

Фаршад Техрані та його співавтор Хазір Теймуріан, колишній дослідник у лабораторії Ванга, заснували стартап-компанію AquilX для подальшого розвитку технології комерціалізації. Наступні кроки включають тестування та покращення того, як довго може прослужити пластир мікроголки перед заміною. Компанія також схвильована можливістю додати більше датчиків до пристрою для контролю рівня ліків у пацієнтів та інших сигналів здоров’я.

Довідка: «Інтегрований набір мікроголок для носіння для безперервного моніторингу кількох біомаркерів у інтерстиціальній рідині» 9 травня 2022 р., Природа біомедична інженерія.
DOI: 10.1038/s41551-022-00887-1

Фінансування: NIH/Національний інститут неврологічних розладів та інсульту

Залишити коментар

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.