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バイオメディカル エンジニアリングの教授である Wei Gao が率いるカリフォルニア工科大学の研究チームは、汗を分析することで血液中の代謝物と栄養素のレベルを監視するウェアラブル センサーを開発しました。以前の汗センサーは、主に電解質、ブドウ糖、乳酸などの高濃度で現れる化合物を対象としていました。この新しいものはより感度が高く、はるかに低い濃度で汗の化合物を検出します。また、製造も容易で大量生産が可能です。
チームの目標は、循環器系疾患、糖尿病、腎臓病などの病気の患者の状態を医師が継続的に監視できるようにするセンサーであり、それらはすべて血流中に異常なレベルの栄養素や代謝物をもたらします.医師が患者の個人的な状態について詳しく知っていれば、患者はより良い状態になるでしょう。この方法では、針や採血を必要とする検査を避けることができます。
「このようなウェアラブルな汗センサーは、健康状態の変化を分子レベルで迅速かつ継続的に非侵襲的に捉えることができます」と Gao は言います。「彼らは、パーソナライズされたモニタリング、早期診断、およびタイムリーな介入を可能にする可能性があります。」
センサーは、通常、幅が 4 分の 1 ミリ未満のチャネルを介して、少量の液体を操作するマイクロフルイディクスに依存しています。マイクロフルイディクスは、センサーの精度に対する汗の蒸発や皮膚の汚染の影響を最小限に抑えるため、アプリケーションに最適です。供給されたばかりの汗がセンサーのマイクロチャネルを通って流れると、汗の組成が正確に測定され、経時的な濃度の変化が捉えられます。
Gao と彼の同僚によると、これまで、マイクロ流体ベースのウェアラブル センサーは、複雑で高価な製造プロセスを必要とするリソグラフィー蒸着法で製造されていました。彼のチームは、炭素のシート状形態であるグラフェンからバイオセンサーを作ることを選択しました。グラフェンベースのセンサーとマイクロフルイディクス チャネルはどちらも、二酸化炭素レーザーでプラスチック シートを彫刻することによって作成されます。
研究チームは、尿酸とチロシンのレベルに加えて、呼吸数と心拍数も測定するようにセンサーを設計しました。チロシンが選択された理由は、代謝障害、肝臓病、摂食障害、および神経精神状態の指標となり得るからです.尿酸が選択されたのは、尿酸値が高いと、世界的に増加している痛みを伴う関節の状態である痛風に関連しているためです.痛風は、体内の高レベルの尿酸が関節、特に足の関節で結晶化し始めると発生し、刺激と炎症を引き起こします.
センサーの性能を確認するために、研究者は健康な個人と患者でセンサーをテストしました。人の体力に影響される発汗チロシンレベルをチェックするために、彼らは2つのグループの人々を使用しました:訓練されたアスリートと平均的なフィットネスの個人.予想通り、センサーはアスリートの汗に含まれるチロシンのレベルが低いことを示しました。尿酸レベルをチェックするために、研究者は断食中の健康な個人のグループの汗を監視し、被験者が尿酸に代謝される食品中の化合物であるプリンが豊富な食事を食べた後も監視しました.センサーは、食後に上昇する尿酸値を示しました。Gao のチームは、痛風患者を対象に同様のテストを実施しました。センサーは、尿酸値が健康な人よりもはるかに高いことを示しました。
センサーの精度を確認するために、研究者は痛風患者と健康な被験者から血液サンプルを採取してチェックしました。センサーによる尿酸レベルの測定値は、血液中の尿酸レベルと強く相関していました。
Gao 氏によると、センサーの感度が高く、製造が容易であるため、最終的には自宅で患者が痛風、糖尿病、心血管疾患などの状態を監視するために使用できる可能性があります。健康に関する正確なリアルタイム情報があれば、患者は必要に応じて薬の量や食事を調整することさえできます。
投稿時間: Dec-12-2019