Новая эра в оценке состояния здоровья: теперь можно точно оценить состояние здоровья человека, используя только пот, без необходимости анализа крови. Исследовательская группа KAIST разработала умный пластырь, который может точно отслеживать внутренние изменения через пот при простом прикреплении к телу. Это, как ожидается, внесёт значительный вклад в управление хроническими заболеваниями и развитие технологий персонализированной медицины.
Как это работает?
Команда под руководством профессора Ки-Хуна Джонга из Департамента биоинженерии и инженерии мозга разработала носимый датчик, который может одновременно и в режиме реального времени анализировать несколько метаболитов в поте. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Ранее исследования носимых датчиков, анализирующих метаболиты в поте для мониторинга точного физиологического состояния человека, активно развивались. Однако обычные «сенсорные датчики на основе меток», требующие флуоресцентных меток или окрашивания, и «датчики без меток» сталкивались с трудностями в эффективном сборе и контроле пота. Из-за этого возникали ограничения в точном наблюдении за изменениями метаболитов с течением времени у реальных людей.
Чтобы преодолеть эти ограничения, исследовательская группа разработала тонкий и гибкий носимый пластырь, который можно непосредственно прикрепить к коже. Этот пластырь включает в себя микроканалы для сбора пота и ультратонкую наноплазмонную структуру, которая анализирует компоненты пота с помощью света. Благодаря этому можно одновременно анализировать несколько метаболитов пота без необходимости отдельного окрашивания или меток — достаточно одного применения пластыря.
Наноплазмонная структура — это оптическая сенсорная структура, в которой наноразмерные металлические узоры взаимодействуют со светом, предназначенные для чувствительного обнаружения присутствия или изменений концентрации молекул в поте.
Пластырь был создан путём объединения нанофотоники, которая манипулирует светом на наноуровне (в сто тысяч раз тоньше человеческого волоса) для считывания молекулярных свойств, с технологией микрофлюидики, которая точно контролирует пот в каналах тоньше волоса.
Другими словами, в одном пластыре микрофлюидная технология позволяет последовательно собирать пот с течением времени, что позволяет измерять изменения различных метаболитов без какого-либо процесса маркировки. Внутри пластыря расположено от шести до 17 камер (хранилищ), и пот, выделяющийся во время физических упражнений, течёт по микрофлюидным структурам и заполняет каждую камеру по очереди.
Исследовательская группа применила пластырь к реальным людям и успешно отслеживала изменяющиеся компоненты пота в течение времени во время физических упражнений. Ранее одновременно можно было проверить только около двух компонентов с помощью метода без меток, но в этом исследовании впервые было продемонстрировано, что три метаболита — мочевая кислота, молочная кислота и тирозин — могут быть количественно проанализированы одновременно, а также то, как они изменяются в зависимости от физических упражнений и диеты.
Профессор Ки-Хун Джонг сказал: «Это исследование закладывает основу для точного мониторинга внутренних метаболических изменений с течением времени без забора крови за счёт сочетания нанофотоники и микрофлюидики».
«В будущем его можно будет расширить на различные области, такие как управление хроническими заболеваниями, отслеживание реакции на лекарства, мониторинг воздействия окружающей среды и обнаружение биомаркеров следующего поколения для метаболических заболеваний».
Предоставлено The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST).