Ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) разработали пластырь, который измеряет «биомаркеры» организма, которые могут указывать на здоровье или болезнь с помощью пота, что открывает путь к новому неинвазивному и эффективному способу мониторинга состояния здоровья пациентов.
Человеческий пот содержит биомаркеры, такие как глюкоза, лактат и мочевина, которые указывают на различные состояния здоровья и могут быть собраны неинвазивным и безболезненным способом, что делает его идеальным для ежедневного мониторинга, заявила группа исследователей NTU в Школе электротехники и электроники (EEE).
Пациенты с диабетом обычно используют инвазивный тест на укол пальца для самостоятельного контроля уровня глюкозы в крови. Пациентам приходится укалывать пальцы, чтобы собрать небольшую каплю крови на полоску, прежде чем вставить ее в портативный глюкометр для считывания показаний. Альтернативой являются устройства для мониторинга на основе датчиков, которые дороги и жестки и должны быть прикреплены к коже пациента в течение длительного времени.
Инкапсулируя микролазер в жидкокристаллические капли и встраивая жидкость в мягкую гидрогелевую пленку, команда NTU создала компактное и гибкое сенсорное устройство на основе света — похожее на пластырь, которое может обеспечить высокоточные показания биомаркеров в течение нескольких минут.
Доцент Наньянского университета Чэнь Юй-Чэн из Школы EEE и директор Центра биоустройств и биоинформатики в NTU сказал: «Наша инновация представляет собой неинвазивный, быстрый и эффективный способ для пациентов с диабетом контролировать свое здоровье. Объединив микролазер с мягкой гидрогелевой пленкой, мы продемонстрировали осуществимость носимого лазера для обеспечения более приятного опыта мониторинга здоровья для пациентов».
Исследовательская группа NTU заявила, что их инновация поддерживает здравоохранение в Сингапуре и во всем мире, где распространенность диабета растет. В Сингапуре более 400 000 сингапурцев живут с этим заболеванием, и, по прогнозам, к 2050 году это число превысит один миллион.
Инновация, опубликованная в журнале Analytical Chemistry , соответствует исследовательскому столпу университета NTU 2025, пятилетнему стратегическому плану, направленному на использование инновационных исследований на благо общества и здоровья населения.
Команда NTU создала свое пластырное устройство, встроив микролазеры в капли жидких кристаллов. Микролазеры настроены на улавливание трех различных типов биомаркеров (лактат, глюкоза, мочевина). Разные цветные жидкокристаллические точки на пластыре отличают каждый биомаркер.
Когда пот взаимодействует с пластырем, количество света, излучаемого микролазерами, колеблется в зависимости от концентрации присутствующих биомаркеров. Чтобы считать уровни биомаркеров, пользователи освещают пластырь источником света, а свет, излучаемый датчиками микролазера, анализируется и преобразуется с помощью мобильного приложения.
В реальных экспериментах пластырь успешно улавливал крошечные колебания уровней глюкозы, лактата и мочевины в поту до 0,001 миллиметра (мм), что в 100 раз лучше, чем у современных аналогичных технологий.
Команда NTU считает, что их инновация является первым зарегистрированным носимым сенсорным устройством, способным измерять несколько биомаркеров в поту со сверхвысокой чувствительностью и динамическим диапазоном. По словам команды, чувствительность позволяет отслеживать динамический диапазон (от низкого до высокого) уровней биомаркеров, что дает исчерпывающую информацию о здоровье пациентов.
«Наше устройство способно определять как высокий, так и низкий диапазон уровней биомаркеров. Это особенно полезно для пациентов с диабетом, поскольку существующие аналогичные устройства для мониторинга здоровья фокусируются только на отслеживании высоких уровней глюкозы, а не аномальных или низких уровней глюкозы, которые могут указывать на другие осложнения со здоровьем. В сравнении с этим наше устройство предоставит более четкую картину состояния здоровья пользователей с помощью различных зафиксированных показаний», - сказал соавтор исследования Не Нинъюань.
Комментируя в качестве независимого эксперта, доктор медицины Линь Чун-Сянь, врач больницы Национального университета Тайваня, сказал: «Пациентам с диабетом необходимо часто контролировать уровень глюкозы в крови для их безопасности, например, чтобы избежать гипогликемии, состояния, при котором уровень сахара в крови падает слишком низко. Как эндокринолог, я часто сталкиваюсь с пациентами, которые боятся боли и кровотечения при использовании теста из пальца. Я надеюсь, что это лазерное неинвазивное носимое устройство, разработанное командой NTU Singapore, может обеспечить более удобный и эффективный способ контроля уровня глюкозы в крови пациентов. Его способность измерять другие биомаркеры также является дополнительным бонусом, который предоставит больше данных о состоянии здоровья на пользу как пациентам, так и врачам».
В качестве следующих шагов исследовательская группа планирует точно настроить микролазерные датчики для обнаружения более широкого спектра веществ, включая лекарства и другие химические вещества, обнаруженные в поту.
