Ingenieure der Tufts University haben ein einzigartiges flexibles elektronisches Sensorpflaster entwickelt, das in Kleidung eingenäht werden kann, um Ihren Schweiß auf mehrere Marker zu analysieren. Das Pflaster könnte verwendet werden, um akute und chronische Gesundheitszustände zu diagnostizieren und zu überwachen oder um die Gesundheit während sportlicher oder beruflicher Leistung zu überwachen. Das heute in der Zeitschrift NPJ Flexible Electronics beschriebene Gerät besteht aus speziellen Sensorfäden, elektronischen Komponenten und drahtloser Konnektivität für die Datenerfassung, -speicherung und -verarbeitung in Echtzeit.
Typische Gesundheitsmonitore für Verbraucher können Herzfrequenz, Temperatur, Glukose, Gehstrecke und andere grobe Messungen verfolgen. Aber ein detaillierteres Verständnis der Gesundheit, des Stresses und der Leistungsfähigkeit einer Person ist für die Erfassung medizinischer Daten oder sportliche oder militärische Hochleistungsanwendungen erforderlich. Insbesondere Stoffwechselmarker wie Elektrolyte und andere biologische Moleküle bieten einen direkteren Indikator für die menschliche Gesundheit, um die sportliche Leistung, die Sicherheit am Arbeitsplatz, die klinische Diagnose und den Umgang mit chronischen Gesundheitszuständen genau zu beurteilen.
Das von den Tufts-Ingenieuren entwickelte Patch-Gerät führt Echtzeitmessungen wichtiger im Schweiß vorhandener Biomarker durch, darunter Natrium- und Ammoniumionen (Elektrolyte), Laktat (ein Metabolit) und Säuregeh alt (pH). Die Geräteplattform ist auch vielseitig genug, um eine breite Palette von Sensoren zu integrieren, die nahezu jeden im Schweiß vorhandenen Marker verfolgen können. Die durchgeführten Messungen können nützliche diagnostische Anwendungen haben. Beispielsweise kann Natrium aus Schweiß den Hydratationsstatus und das Elektrolytungleichgewicht in einem Körper anzeigen; Laktatkonzentration kann ein Indikator für Muskelermüdung sein; Chloridionenspiegel können zur Diagnose und Überwachung von Mukoviszidose verwendet werden; und Cortisol, ein Stresshormon, kann verwendet werden, um emotionalen Stress sowie Stoffwechsel- und Immunfunktionen zu beurteilen.
Athleten könnten während körperlicher Anstrengung eine Vielzahl von Markern überwachen, um Leistungsspitzen oder -abfälle während des Wettkampfs vorherzusagen.
Die Möglichkeit, die Sensoren in Kleidung zu integrieren, wird durch flexible Fäden ermöglicht, die mit leitfähigen Tinten beschichtet sind. Unterschiedliche Beschichtungen verändern die Funktionalität der Fäden; Laktat kann beispielsweise nachgewiesen werden, indem ein Faden mit einem enzymatischen Sensormaterial beschichtet wird, das das Enzym Laktatoxidase enthält. Ein pH-Messfaden ist mit Polyanilin beschichtet, das auf Säure reagiert, und so weiter. Das Array von Fadensensoren wird in Kleidung oder ein Pflaster integriert und mit einem Miniatursch altkreismodul und einem Mikroprozessor verbunden, der drahtlos mit einem Smartphone kommunizieren kann.
"Schweiß ist eine nützliche Flüssigkeit für die Gesundheitsüberwachung, da er leicht zugänglich ist und nicht-invasiv gesammelt werden kann", sagte Trupti Terse-Thakoor, ehemals Postdoktorandin an der Tufts University School of Engineering und Erstautorin von die Studium. „Die Marker, die wir im Schweiß wahrnehmen können, korrelieren auch gut mit den Blutplasmaspiegeln, was ihn zu einer hervorragenden diagnostischen Ersatzflüssigkeit macht.“
Forscher testeten das Gerät an menschlichen Probanden und überwachten ihre Reaktion auf Elektrolyte und Metaboliten während eines Trainings mit maximaler Anstrengung auf stationären Fahrrädern. Die Sensoren waren in der Lage, Schwankungen der Analytkonzentrationen während ihrer Auf- und Abwärtsbewegung innerhalb von 5- bis 30-Sekunden-Intervallen zu erkennen – ausreichend für die meisten Echtzeit-Tracking-Anforderungen. Die Probanden umfassten Männer und Frauen mit einer Reihe von körperlichen Voraussetzungen, von körperlich aktiv mit einer leistungsgerechten Ernährung bis hin zu Personen, die nicht körperlich aktiv waren und keine spezifischen Ernährungseinschränkungen hatten. Obwohl die aktuelle Studie nicht dazu gedacht war, eine Korrelation zwischen Analytmesswerten und Leistung und Konditionierung zu bestimmen, stellte sie fest, dass der Sensor in der Lage war, konsistente Muster der Analytexpression zu erkennen, die für zukünftige Studien zur Identifizierung dieser Korrelationen verwendet werden könnten.
"Der von uns entwickelte Sensorpatch ist Teil einer umfassenderen Strategie zur Herstellung vollständig flexibler elektronischer Geräte auf Fadenbasis", sagte Sameer Sonkusale, Professor für Elektrotechnik und Computertechnik an der Tufts' School of Engineering und korrespondierender Autor des lernen. „Flexible Geräte, die in Stoff eingewebt sind und direkt auf der Haut wirken, bedeuten, dass wir Gesundheit und Leistung nicht nur nicht-invasiv, sondern völlig unauffällig verfolgen können – der Träger spürt oder bemerkt es möglicherweise nicht einmal."
