Een nadeel van medische sensoren die menselijk zweet testen:je moet zweten.

Zweten door inspanning of een verstikkende kamertemperatuur kan voor sommige patiënten onpraktisch zijn en onveilig voor anderen. En tenzij ze op de tweede etappe van de Tour de France zijn, het is onwaarschijnlijk dat patiënten de hele dag willen zweten voor een sensormeting.

Maar onderzoekers van de Universiteit van Cincinnati hebben een nieuwe manier bedacht om zweetklieren te stimuleren op een kleine, geïsoleerd stukje huid zodat proefpersonen koel en comfortabel kunnen blijven en hun dagelijkse routine kunnen uitvoeren zonder uren op een loopband te hoeven doorbrengen.

UC-professor Jason Heikenfeld en UC-afgestudeerde Zachary Sonner kwamen met een apparaat ter grootte van een pleister dat een chemisch stimulerend middel gebruikt om zweet te produceren, zelfs wanneer de patiënt ontspannen en koel is. De sensoren kunnen ook voorspellen hoeveel patiënten zweten, een belangrijke factor bij het begrijpen van de hormonen of chemicaliën die de biosensoren meten. De studie werd op 25 juli gepubliceerd in het tijdschrift voor nanotechnologie Lab op een chip .

"De uitdaging is niet alleen het bedenken van nieuwe technologische doorbraken zoals deze, maar ook het samenbrengen van al deze technologische oplossingen in een betrouwbaar en maakbaar apparaat, ' zei Heikenfeld.

Hij was medeoprichter van een biosensorbedrijf, Eccriene systemen, Inc., dat is precies dat nastreven.

Biomedische sensoren maken deel uit van een industrie voor medische apparatuur met een waarde van $ 88 miljard in de Verenigde Staten, volgens marktonderzoeksbureau IbisWorld. De industrie is klaar om de komende vijf jaar een explosieve groei te zien met de komst van nieuwe technologie en toenemende concurrentie.

Heikenfeld hielp bij de lancering van het biosensorbedrijf uit Cincinnati in 2013 met hulp van UC's Technology Accelerator-programma. Hij is de chief science officer van Eccrine System en werd onlangs benoemd tot UC's assistent-vice-president van ondernemerszaken en commercialisering van technologie.

Het werk van het bedrijf trekt internationale aandacht vanwege de diepgaande manier waarop het de gezondheidsdiagnose en -monitoring kan veranderen, hij zei.

"Artsen zouden graag willen weten of chemische concentraties in de loop van de tijd toenemen of afnemen, "Zei Heikenfeld. "Wat was je baseline voordat je ziek werd? Door vervolgens de verandering in concentraties te meten, we weten nog meer over hoe ziek je bent of hoe snel je beter wordt."

Bloedanalyse wordt beschouwd als de gouden standaard voor biometrische analyse. Maar biometrische tests met bloed zijn invasief en vereisen vaak het gebruik van een laboratorium. Het is veel moeilijker voor artsen om gedurende uren of dagen continu bloed te controleren.

Sweat biedt een niet-invasief alternatief, met chemische markers die nuttiger zijn bij het bewaken van de gezondheid dan speeksel of tranen, zei Heikenfeld.

"Mensen negeerden zweet lange tijd omdat, hoewel het een vloeistof van hogere kwaliteit kan zijn voor biomarkers, je kunt er niet op vertrouwen dat je er toegang toe hebt, "Zei Heikenfeld. "Ons doel was om methoden te ontwikkelen om zweet te stimuleren wanneer dat nodig is - of dagenlang."

Heikenfeld, tevens directeur van UC's Novel Devices Laboratory, bestudeert het probleem al zeven jaar. Wetenschappers zeggen dat zweet veel van dezelfde nuttige informatie over patiënten biedt als bloed. Het probleem is altijd geweest om hetzelfde consistente monster te krijgen als mogelijk is met een standaard bloedafname, hij zei.

"Wij geloven dat de opgeloste stoffen die je in bloed vindt, je in zweet zult vinden, " zei hij. "We hebben dat al een tijdje gepostuleerd en, vanaf nu, hebben niets gezien om onze hypothese te veranderen."

Het testen van zweet heeft andere mogelijke voordelen ten opzichte van bloed, hij zei.

"Als je een bloedafname doet, je krijgt één datapunt, " zei hij. "In veel gevallen, artsen zouden graag willen weten of de concentraties in de loop van de tijd toenemen of afnemen."

Voor de studie, de onderzoekers pasten sensoren toe en een gel met carbachol, een chemische stof die wordt gebruikt in oogdruppels, gedurende 2,5 minuut op de onderarm van hun proefpersoon.

Ze gebruikten drie methoden om sensorgegevens te verkrijgen:de gel en sensoren alleen en in combinatie met traagschuimvulling (voor een beter contact tussen de sensor en de huid) en iontoforese, een elektrische stroom van 0,2 milliampère die een kleine hoeveelheid carbachol in de bovenste laag van de huid drijft en plaatselijk de zweetklieren stimuleert, maar geen lichamelijk gevoel of ongemak veroorzaakt.

Vervolgens registreerden ze gedurende 30 minuten gegevens verkregen uit het zweet van de proefpersoon met behulp van sensoren die de concentraties zweetelektrolyten meten. Carbachol was tot vijf uur lang effectief in het opwekken van zweten onder de sensor. Heikenfeld zei dat een volgende studie succesvolle sensorresultaten voor meerdere dagen heeft gegenereerd met behulp van dit proces om zweet te stimuleren.

Ze gebruikten een pH-gevoelige kleurstof om de resultaten te observeren. De oranje kleurstof werd blauw als hij met zweet reageerde. Dit toonde aan dat de zweetklieren gelijkmatig over het sensorgebied werden gestimuleerd.

"Dit werk vertegenwoordigt een belangrijke sprong voorwaarts in de zweetgevoelige technologie, ’ concludeerde de studie.

"Stel je voor dat je hartpatiënten kunt monitoren nadat ze uit het ziekenhuis zijn ontslagen, of het voorkomen van uitdroging bij atleten of er zelfs voor zorgen dat uw lichaam precies de juiste concentraties van een voorgeschreven medicijn krijgt, ' zei Heikenfeld.

"Het uiteindelijke doel is gemak en betrouwbaarheid voor biomedische toepassingen, " zei aluin Sonner, hoofdauteur van het artikel.

"Het einddoel is om het idee van een benchtop-test naar een draagbaar apparaat te brengen - misschien voor mensen in stressvolle banen zoals vliegtuigpiloten - en ze te analyseren op stress, ' zei Sonner. 'Als je piloot bent, je kunt geen bloed afnemen terwijl je het vliegtuig bestuurt. Maar een sensor zou zweet kunnen analyseren, zodat we kunnen beginnen te begrijpen hoe hun lichaam reageert op stressvolle situaties."

De studie komt op een moment dat veel consumenten een actievere rol spelen bij het bewaken van hun eigen lichaamschemie en het gebruik van draagbare technologie om hun voortgang naar een atletisch of welzijnsdoel te volgen.

De door UC ontwikkelde sensoren kunnen helpen bij het volgen van veranderingen in hormonen zoals cortisol, die vrijkomt als iemand onder stress staat.

"Cortisolniveaus kunnen trainers helpen te weten hoe hard ze een atleet moeten trainen totdat ze te ver gaan, " hij zei.

Dat is het moment waarop de atletische prestaties beginnen af ​​te nemen terwijl de kans op blessures dramatisch toeneemt, hij zei.

Mogelijke toepassingen gaan veel verder dan Olympische atleten. Het onderzoekslaboratorium van de Amerikaanse luchtmacht op de luchtmachtbasis Wright-Patterson, een UC-onderzoekspartner, is zeer geïnteresseerd in het meten van cortisol bij piloten die geconfronteerd worden met mentaal en fysiek stressvolle situaties. Het monitoren van hun gezondheid en prestaties in de loop van de tijd met behulp van niet-invasieve sensoren zou buitengewoon nuttig zijn, zei Heikenfeld.

Hetzelfde, het kan nuttig zijn voor patiënten die na een operatie thuis regelmatig gezondheidsmonitoring willen uitvoeren, zei Sonner.

"Het is vooral handig voor vervolgbezoeken waar normaal gesproken een soort bloedonderzoek moet worden gedaan. Ze kunnen in plaats daarvan 20 minuten een wegwerppleister dragen, ' zei Sonner.

En tijd en geld besparen van een onnodige reis naar het bloedlab of de dokterspraktijk:absoluut het zweet waard.