Этот крошечный пластырь может стать будущим носимых технологий

За последние пару лет сегмент носимых устройств — например, умные часы и фитнес-браслеты — похоже, замер в плане внедрения новых возможностей биосенсоров. Да, инженерия в миниатюрной форме — непростая задача, но в то же время мы увидели некоторые поразительные достижения, нацеленные на носимые устройства.

Последняя разработка любезно предоставлена ​​экспертами из Наньянского технологического университета в Сингапуре. Команда разработала пластырь, похожий на лейкопластырь, способный анализировать пот и находить биомаркеры. В области микрофлюидики пот рассматривается как золотая жила данных о состоянии здоровья и как следующее большое направление для носимых технологий.

В исследовательской работе, опубликованной в журнале Analytical Chemistry, команда описывает пленку на основе гидрогеля с отдельными химическими приемниками для определения уровней лактата, мочевины и глюкозы в поте. Метод полностью неинвазивный, что означает, что все данные анализируются по поту, появляющемуся на коже после любой формы тренировки.

В повязку встроен крошечный лазер, который является сердцем датчика. Эта сборка обернута крошечными каплями жидкого кристалла, что помогает контролировать работу лазера. Эти заполненные лазером капли затем были помещены на мягкий желеобразный материал, называемый гидрогелем, который делает повязку гибкой и удобной для ношения.

Команда утверждает, что это первый носимый датчик такого рода, который может обнаруживать и измерять различные химикаты в поте с невероятной точностью. Что делает его особенным, так это то, что он может улавливать широкий спектр этих химикатов, от очень маленьких количеств до гораздо больших концентраций.

При нанесении на кожу он использует свет лазера для обнаружения и измерения определенных химических веществ или веществ в организме. В данном случае биомаркерами являются мочевина, глюкоза и лактат. Самое лучшее то, что этот пластырь может предоставить результаты анализа всего за несколько минут, избавляя пользователей от необходимости посещать клинику или иметь дело с громоздкими машинами.

И вот самая лучшая часть. Вам нужно только посветить на повязку, и смартфон выполнит анализ. Команда полагалась на приложение, чтобы считывать данные о колебаниях света и интерпретировать их. «В реальных экспериментах пластырь успешно улавливал крошечные колебания уровня глюкозы, лактата и мочевины в поте до 0,001 миллиметра (мм), что в 100 раз лучше, чем у современных аналогичных технологий», — говорят специалисты.

«Наша инновация представляет собой неинвазивный, быстрый и эффективный способ для пациентов с диабетом следить за своим здоровьем. Объединив микролазер с мягкой гидрогелевой пленкой, мы продемонстрировали возможность использования носимого лазера для обеспечения более приятного опыта наблюдения за здоровьем пациентов», — объясняет профессор Чэнь Юй-Чэн из Школы электротехники и электроники (EEE) этого учреждения.

Из упомянутых выше биомаркеров глюкоза в настоящее время является горячей целью для таких гигантов, как Apple и Samsung. Однако ни одна из компаний пока не усовершенствовала технологию анализа глюкозы на основе смарт-часов, и может пройти некоторое время, прежде чем мы увидим ее на рынке. Гонка напряженная, и вполне заслуженная.

В настоящее время для анализа уровня глюкозы в крови в домашних условиях требуется прокол кожи и взятие капли для химического анализа. Это инвазивно, и не всем это удобно. Это также объясняет, почему несколько групп изучают способы анализа уровня глюкозы в крови с помощью светодиодов, которые мы видим на биосенсорах умных часов.

Гибкая кожа, разработанная командой NTU, — это шаг в правильном направлении. Это недорогое и одноразовое решение, и, согласно исследовательской работе, «диапазон обнаруживаемых биомолекул может быть расширен, например, лекарствами, выделяемыми с потом, патологическими химикатами и другими».

В контексте умных часов, достигающих аналогичных возможностей, ну, это скорее временное решение. Я спросил команду, стоящую за биосенсорным патчем, и они сказали мне, что его нельзя интегрировать в форм-фактор умных часов или фитнес-браслета. Это в первую очередь связано с задействованной моделью сенсора.

«Поскольку разработанный датчик в настоящее время не подлежит повторному использованию, он не подходит для установки на смарт-часы, особенно потому, что технология основана на химических веществах. Носимые устройства в основном подходят для физических сигналов, таких как сердцебиение, давление и т. д., поскольку для их измерения не требуется жидкость», — сообщили эксперты NTU Digital Trends.

Но независимо от того, сможем ли мы интегрировать этот патч с умными часами, здесь есть огромный потенциал. Почему бы не рассматривать его как продукт своего класса? Несколько брендов, например, Ultrahuman, уже предлагают сенсорные кожные патчи для мониторинга здоровья при подключении к телефону.

Затем следует аспект универсальности. Умный пластырь, разработанный командой NTU, уже может обнаруживать два дополнительных класса биомолекул: лактат и мочевину. Более того, изменяя капли холестерического жидкого кристалла (CLC) в гидрогелевой пленке, пластырь может обнаруживать еще больше биомолекул.

Возьмем, к примеру, мочевину. Существует сильная корреляция между уровнем мочевины в поту и проблемами, связанными с диабетом, и это также указывает на проблемы с почками. Интересно, что в статье, опубликованной в журнале Physiological Measurement, подробно описан подход к измерению уровня мочевины в поту с использованием светового датчика, что-то вроде умных часов.

Далее у нас есть уровни лактата. Анализ уровней лактата может стать находкой для спортсменов, поскольку это химическое вещество в поте используется для измерения интенсивности тренировок и спортивных результатов. Интересно, что, как подробно описано в этой статье в Scientific Reports, неинвазивный непрерывный анализ уровней лактата в поте возможен с использованием специального биосенсора.

Также были разработаны неинвазивные пластыри на основе эпидермиса и электродов. Множество исследований подтверждают, что мы находимся на пороге очередного скачка в области носимых биосенсоров.

Все, что нам нужно, — это бренд, готовый экспериментировать с новой категорией продуктов или развивать исследования, которые попадают в их инженерную область для умных часов и браслетов. И, конечно, будьте этичны при этом, в отличие от ада, развязанного уродливым судебным процессом Apple-Masimo по поводу запатентованной носимой технологии, который привел к запрету Apple Watch.