Ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) разработали пластырь, который измеряет биомаркеры организма, указывающие на здоровье или болезнь с помощью пота, что открывает путь к новому неинвазивному и эффективному способу мониторинга состояния здоровья пациентов.
По словам группы исследователей Школы электротехники и электроники (EEE) Национального технического университета Нью-Йорка, человеческий пот содержит биомаркеры, такие как глюкоза, лактат и мочевина, которые указывают на различные состояния здоровья. Их можно собирать неинвазивным и безболезненным способом, что делает его идеальным для ежедневного мониторинга.
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 измерения. Альтернативой являются устройства для мониторинга на основе датчиков, которые дороги и жестки и должны быть прикреплены к коже пациента в течение длительного времени.
Заключив микролазер в капли жидких кристаллов и внедрив 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 Школы электротехники и электроники в Наньяне Чэнь Юй-Чэн и директор Центра биоустройств и биоинформатики в NTU сказал: «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 процесса наблюдения за здоровьем для пациентов».
Исследовательская группа NTU заявила, что их инновация поддерживает здравоохранение в Сингапуре и во всем мире, где диабет становится все более распространенным. В Сингапуре более 400 000 сингапурцев живут с этим заболеванием, и, по прогнозам, к 2050 году их число превысит один миллион.
Инновация, о которой сообщается в журнале Analytical Chemistry, соответствует исследовательскому направлению университета NTU 2025 — пятилетнему стратегическому плану, направленному на использование инновационных исследований на благо общества и здоровья населения.
Обнаружение нескольких биомаркеров
Команда NTU создала свое пластыревое устройство, встроив микролазеры в капли жидких кристаллов. Микролазеры настроены на сбор трех различных типов биомаркеров (лактат, глюкоза, мочевина). Разные цветные точки жидкого кристалла на пластыре отличают каждый биомаркер.
Когда пот взаимодействует с пластырем, количество света, испускаемого микролазерами, колеблется в зависимости от концентрации присутствующих биомаркеров. Чтобы считать уровни биомаркеров, пользователи направляют источник света на пластырь, а свет, испускаемый микролазерными датчиками, анализируется и преобразуется с помощью мобильного приложения.
В ходе экспериментов на живых организмах пластырь успешно улавливал мельчайшие колебания уровня глюкозы, лактата и мочевины в поте с точностью до 0,001 миллиметра (мм), что в 100 раз лучше, чем аналогичные технологии, применяемые сегодня.
Команда NTU полагает, что их инновация станет первым зарегистрированным носимым сенсорным устройством, способным измерять несколько биомаркеров в поту с ультравысокой чувствительностью и динамическим диапазоном. Чувствительность позволяет отслеживать динамический диапазон (от низкого до высокого) в уровнях биомаркеров, что дает исчерпывающую информацию о здоровье пациентов, говорят члены команды.
Первый автор исследования, кандидат наук NTU Не Нинъюань, сказал: «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, но не аномальных или низких уровней глюкозы, которые могут указывать на другие осложнения со здоровьем. Для сравнения, наше устройство предоставит более четкую картину состояния здоровья пользователей с помощью различных зафиксированных показаний».
Комментируя как независимый эксперт, доктор медицины Линь Чун-Сянь, врач Национальной университетской больницы Тайваня, Тайвань, сказал: «Пациентам с диабетом необходимо часто контролировать уровень глюкозы в крови для их же 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, сможет обеспечить более удобный и эффективный способ мониторинга 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».
На следующих этапах исследовательская группа планирует настроить микролазерные датчики для обнаружения более широкого спектра веществ, включая наркотики и другие химические вещества, содержащиеся в поте.
