Het hormoon cortisol stijgt en daalt natuurlijk gedurende de dag en kan pieken als reactie op stress, maar de huidige methoden voor het meten van cortisolspiegels vereisen enkele dagen wachten op resultaten van een laboratorium. Tegen de tijd dat een persoon de resultaten van een cortisoltest verneemt - die de behandeling van bepaalde medische aandoeningen kunnen informeren - is het waarschijnlijk anders dan toen de test werd gedaan.

Nutsvoorzieningen, een groep onder leiding van materiaalwetenschapper Alberto Salleo van Stanford University heeft een rekbare patch gemaakt die, rechtstreeks op de huid aangebracht, voert zweet af en beoordeelt hoeveel cortisol een persoon aanmaakt. Een paper over de draagbare sensor werd op 20 juli gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

"We zijn vooral geïnteresseerd in zweetdetectie, omdat het niet-invasieve en continue monitoring van verschillende biomarkers biedt voor een reeks fysiologische aandoeningen, " zei Onur Parlak, een postdoctoraal onderzoeker in het Salleo-lab en hoofdauteur van het artikel. "Dit biedt een nieuwe aanpak voor de vroege detectie van verschillende ziekten en de evaluatie van sportprestaties."

Klinische tests die cortisol meten, bieden een objectieve maatstaf voor emotionele of fysieke stress bij proefpersonen en kunnen artsen helpen te bepalen of de bijnier- of hypofyse van een patiënt goed werkt. Als de prototypeversie van het draagbare apparaat werkelijkheid wordt, het zou mensen met een disbalans in staat kunnen stellen om hun eigen niveaus thuis te controleren.

Een snelwerkende test als deze zou ook de emotionele toestand van jonge - zelfs non-verbale - kinderen kunnen onthullen, die anders misschien niet zouden kunnen communiceren dat ze stress voelen.

De cortisol-uitdaging

Parlak kwam bij Salleo werken, die universitair hoofddocent materiaalkunde en techniek is, van plan om draagbare technologieën te ontwikkelen. Tijdens een bespreking van het werk van Parlak op een conferentie, iemand stelde Salleo voor dat het geweldig zou zijn als een sensor cortisol zou kunnen meten. Cortisol vormt een speciale uitdaging voor biosensoren zoals Parlak die aan het ontwikkelen was, omdat deze sensoren de positieve of negatieve lading van een molecuul detecteren - en cortisol heeft geen lading.

Om deze uitdaging te overwinnen, Parlak bouwde zijn rekbare, rechthoekige sensor rond een membraan dat specifiek alleen aan cortisol bindt. Vast aan de huid, het zuigt het zweet passief aan via gaten in de onderkant van de patch. De zweetpoelen in een reservoir, die wordt bekroond door het cortisol-gevoelige membraan. Geladen ionen zoals natrium of kalium, ook gevonden in zweet, passeren het membraan tenzij ze worden geblokkeerd door cortisol. Het zijn die geladen ionen die de sensor detecteert, niet het cortisol zelf. Bovenop dit alles zit een waterdichte laag die de pleister beschermt tegen vervuiling.

"Ik word altijd enthousiast van een apparaat, maar het zweetopvangsysteem dat Onur bedacht is echt slim, " zei Salleo. "Zonder actieve microfluïdica, hij kan genoeg zweet verzamelen om de metingen te doen."

Het enige dat een gebruiker nodig heeft om de cortisolspiegel te zien, is zweten (genoeg om te glinsteren), breng de patch aan en sluit deze aan op een apparaat voor analyse, wat resulteert in seconden. In de toekomst, de onderzoekers hopen dat de sensor deel kan uitmaken van een volledig geïntegreerd systeem.

Optimaliseren en diversifiëren

Parlak toonde eerst aan dat het apparaat in het laboratorium voldeed aan de gouden standaard klinische test, gaf het toen een echte wereldtest. Hij deed zijn hardloopschoenen aan en rekruteerde twee vrijwilligers, die allemaal 20 minuten renden met de patches op hun armen. In zowel de laboratorium- als de echte wereldtests, de resultaten waren vergelijkbaar met de gouden standaard.

Tot dusver, de sensor lijkt te werken zoals ontworpen. Maar de onderzoekers willen het betrouwbaarder en nauwkeuriger maken, en zorg er ook voor dat het herbruikbaar is. Het prototype lijkt meerdere keren te werken zolang het niet verzadigd is met zweet. In de toekomst, ze kunnen de cortisolsensor op speeksel proberen, waardoor patiënten niet hoeven te zweten.

De onderzoekers, in de hoop te profiteren van hun generaliseerbare ontwerp, zijn ook aan het uitzoeken welke biomarker ze daarna willen bestuderen. Eventueel, het doel zou zijn om een ​​apparaat te hebben dat meerdere biomarkers tegelijk meet, wat een duidelijker en meer geïndividualiseerd beeld zou geven van wat er in iemands lichaam aan de hand is.