Sungbong Kim, Roozbeh Ghaffari, John A. Rogers
Punti chiave
- Gli scienziati hanno costruito un dispositivo di rilevamento del sudore sotto forma di un cerotto adesivo sottile, flessibile e impermeabile.
- Il dispositivo può analizzare il sudore per sostanze biochimiche come cortisolo, glucosio, vitamina C e cloro.
- Può misurare i principali indicatori fisiologici per aiutare le persone a monitorare la salute, l'atletica e persino le prestazioni militari.
Solo una goccia di sudore può rivelare molto sul corpo di una persona. Ora, comprendere alcuni componenti chiave della tua biochimica può essere facile come schiaffeggiare un cerotto adesivo e passarlo vicino al tuo smartphone.
In un articolo pubblicato questa settimana inAtti della National Academy of Sciences, un team di ricercatori ha annunciato lo sviluppo di cerotti sottili e flessibili in grado di raccogliere e analizzare piccole quantità di sudore in tempo reale.
"I sistemi microfluidici morbidi che catturano, immagazzinano ed eseguono analisi di biomarcatori di volumi microlitri di sudore, in situ, mentre emerge dalla superficie della pelle, rappresentano una classe emergente di tecnologia indossabile con potenti capacità che completano quelle dei tradizionali dispositivi di rilevamento biofisico ", Scrivono gli autori del documento.
Questo cerotto utilizza una chimica che cambia colore per misurare i livelli di glucosio, lattato, cloro, cortisolo e altro di chi lo indossa. Questi possono aiutare a valutare vari componenti della salute di una persona, come il loro livello di idratazione e stress.
"Quello che stiamo cercando di fare è sviluppare una suite di tecnologie che possono essere rappresentate sotto forma di un adesivo", il coautore John Rogers, PhD, professore di ingegneria biomedica, scienza dei materiali e chirurgia neurologica presso la Northwestern University, dice a VeryWell. "Questo è il punto più alto per noi in termini di portata della funzionalità in un dispositivo di quel tipo."
Che cosa significa per te
I cerotti adesivi saranno presto disponibili per i consumatori per l'uso nell'atletica e nella nutrizione. I dispositivi di rilevamento del sudore hanno la capacità di testare più parametri di salute e potrebbero essere integrati presto in dispositivi indossabili come gli smartwatch.
Come funziona la patch
L'analisi del sangue è il metodo più comune per acquisire informazioni su alcune sostanze biochimiche chiave come sodio, potassio, cloruro e urea. Questo processo è tuttavia invasivo, poiché richiede di pungere la pelle o penetrarla con una siringa. Questo lo rende meno attraente come processo di routine.
Il sudore, invece, può essere raccolto dalla superficie della pelle senza alcuna azione invasiva. E contiene una serie di sostanze biochimiche utili per comprendere e plasmare i risultati sulla salute.
Storicamente, raccogliere il sudore è stato particolarmente impegnativo. A volte comportava il raschiarlo dalla pelle con uno strumento non diverso da una spatola. Durante il pascolo della pelle, materiali come cellule della pelle, sporco e olio potrebbero inquinare involontariamente il campione.
Questo nuovo dispositivo utilizza la tecnologia microfluidica per dirigere piccole quantità di sudore attraverso minuscoli canali, valvole e serbatoi nel cerotto. Quando il sudore viene rilasciato dai pori della pelle, viaggia attraverso questi percorsi e interagisce con i test, componenti per misurare la composizione delle sostanze chimiche dal sudore. Questo cerotto fisso non solo garantisce che il campione di sudore sia incontaminato, ma consente anche di analizzarlo in tempo reale.
"Queste piattaforme microfluidiche hanno cambiato i protocolli che è possibile utilizzare per studiare il sudore", afferma Rogers, che è anche il direttore fondatore del Center on Bio-Integrated Electronics.
I cerotti sono relativamente poco appariscenti su chi li indossa. Uno dei motivi delle sue dimensioni ridotte e della sua struttura flessibile è che il cerotto non contiene una batteria ingombrante. Invece, è alimentato attraverso le interazioni con gli smartphone.
Sfruttando la tecnologia di comunicazione a corto raggio che abilita funzioni come i pagamenti wireless, la patch e lo smartphone possono scambiare efficacemente energia e informazioni. Il cerotto riceve alimentazione in modalità wireless utilizzando le onde radio del telefono e le informazioni sul sudore, come quanto è stato raccolto e la sua composizione chimica, vengono trasmesse al telefono.
Il dispositivo deve essere in prossimità di uno smartphone affinché possa funzionare, il che significa che l'utente deve far scorrere il telefono vicino alla patch per ricevere alimentazione. Ma, dice Rogers, gli scienziati potrebbero sviluppare un dispositivo con un'antenna più grande che potrebbe essere installata su qualcosa come una cyclette per ottenere una lettura più continua.
Cosa può dirci il sudore
La natura non invasiva della raccolta del sudore può essere molto utile, soprattutto per le persone che si affidano a esami del sangue di routine per misurare il proprio stato di salute.
"Lo svantaggio è che nessuno sa davvero così tanto sul sudore", dice Rogers. "Ha questi componenti chimici, questo è noto. Ma come si accumula contro il sangue è una domanda di ricerca interessante e siamo proprio nel bel mezzo di questo. "
Il suo gruppo di ricerca sta lavorando con un team di cardiologi presso il Lurie Children’s Hospital di Chicago per capire meglio come i biomarcatori nel sudore si confrontano con quelli nel sangue. Ad esempio, sia il sudore che il sangue contengono glucosio. I ricercatori misureranno i livelli in entrambi i campioni e valuteranno se e come i due sono correlati, al fine di rendere i sensori del sudore più accurati e utili.
Misurare il modo in cui il cortisolo, così come il glucosio e la vitamina C, vengono rilasciati nel corpo attraverso il sudore potrebbe anche fornire informazioni sulla salute mentale e sullo stress fisico di chi lo indossa. Il cortisolo viene rilasciato in risposta a fattori di stress fisici e mentali e può innescare il consumo di glucosio quando il corpo entra in una risposta di lotta o fuga. Inoltre, i livelli di cortisolo aumentati sono collegati a condizioni come obesità, diabete, ipertensione e depressione.
Gli autori sperano che il monitoraggio di queste sostanze biochimiche attraverso il sudore porti a una maggiore comprensione di come interagiscono cortisolo, glucosio e vitamina C.
Come verranno utilizzati i dispositivi di rilevamento del sudore
Gli attuali modelli di smartwatch, come Apple Watch e Fitbit, includono strumenti per misurare la frequenza cardiaca, il movimento e i livelli di ossigeno nel sangue. Per andare oltre queste misurazioni fisiche, l'aggiunta di un sensore del sudore consentirebbe agli utenti di monitorare le proprietà biochimiche e anche il loro impatto sulla salute dell'utente.
"Ho la sensazione che alla fine questi grandi attori del mercato assumeranno il rilevamento del sudore perché non è invasivo", dice a Verywell Tolga Kaya, PhD, direttore dei programmi di ingegneria presso la Sacred Heart University nel Connecticut. "Una volta che lo implementano nei loro orologi, diventerà più grande."
Sulla base della ricerca di Rogers e del suo team, Gatorade ha sviluppato GX Sweat Patch. Il prodotto è una versione semplificata di quella descritta nello studio e verifica solo i fattori rilevanti per gli atleti, come l'idratazione e i livelli di elettroliti.
Il prodotto è stato annunciato tramite uno spot pubblicitario durante l'intervallo del gioco NBA All-Star a febbraio e sarà disponibile nei negozi di articoli sportivi il prossimo anno. La patch è inoltre entrata nel regno virtuale come prodotto nella versione più recente del videogioco NBA 2K.
Questa tecnologia ha vari usi nelle sfere dell'atletica e della nutrizione, incluso il monitoraggio della perdita di sudore e dei livelli di elettroliti.
"Puoi dire se qualcuno è idratato o disidratato in tempo reale, il che è molto utile perché quando noti che hai sete o disidratazione, è già troppo tardi per riportarlo indietro", dice Tolga, che non è affiliato con il Carta nordoccidentale. "Perdi le prestazioni mentali, le prestazioni fisiche abbastanza rapidamente."
Rogers e Tolga affermano che questi dispositivi potrebbero essere utili anche per i militari. Per mantenere meglio la salute delle persone del servizio, cerotti come questi potrebbero valutare la loro idratazione e i livelli di cortisolo per garantire il massimo delle prestazioni fisiche e mentali.
Mentre gli scienziati apprendono come progettare dispositivi che coesistono con i sistemi viventi, c'è spazio per incredibili possibilità. Dai dispositivi impiantabili per il cervello ai cerotti per monitorare la salute neonatale, Rogers afferma che ci sono molti modi in cui i nuovi strumenti possono aiutarci a comprendere meglio la nostra biologia di base.
"È uno spazio davvero ricco e ampio per fare ricerca accademica orientata alla scoperta", afferma Rogers. "È una specie di scienza con conseguenze, in un certo senso. Se sviluppi una comprensione, potresti essere in grado di creare le basi per tecnologie che potrebbero trasformare i modi in cui prestiamo assistenza sanitaria con benefici diretti e risultati migliori per i pazienti, costi ridotti e implementabilità nelle aree povere del pianeta ".
