Northwestern University-professor John A. Rogers werkt samen met een brede verzameling partners, waaronder Gatorade, de Seattle Mariners, de Amerikaanse luchtmacht en Shirley Ryan AbilityLab om zijn draagbare microfluïdische zweetanalysesysteem wijdverbreid te verspreiden.

Het apparaat meet zweet- en zweetbiomarkers nauwkeurig en in realtime, atleten toestaan, militair personeel, fitnessprofessionals en anderen om zweetsnelheid en elektrolytenverlies te controleren, zodat ze gehydrateerd kunnen blijven, vul hun elektrolyten aan en blijf op de hoogte van hun spel.

De partnerschappen zijn gericht op het verder ontwikkelen, het apparaat van Rogers testen en valideren, die zweetverlies monitort en zweetchemie analyseert met een eenvoudige, realtime visuele uitlezing.

Eerder ontwikkeld in Rogers' Northwestern Engineering-laboratorium, zacht, flexibel apparaat zit op de huid en meet zweet om te bepalen hoe het lichaam reageert op inspanning. Gelanceerd vanuit Rogers' groep via Northwestern's Innovation and New Ventures Office (INVO), startup Epicore Biosystems heeft grote productiecapaciteiten ontwikkeld voor deze microfluïdische apparaten. Het heeft ook plannen om ze samen te verpakken met voedings-, gezondheid van de huid, cosmetica en sporthydratatieproducten, met extra mogelijkheden voor gebruik in de klinische geneeskunde en revalidatie.

"Het Gatorade Sports Science Institute weet veel over zweet, en ze hebben zeer rigoureuze testprotocollen voor het evalueren van nieuwe technologieën in deze ruimte, " zei Rogers, de Louis Simpson en Kimberly Querrey hoogleraar Materials Science and Engineering, Biomedische technologie en neurologische chirurgie in McCormick en Northwestern University Feinberg School of Medicine, en hij is directeur van het Center for Bio-Integrated Electronics (CBIE).

"Onze missie bij het Gatorade Sports Science Institute is altijd geweest om atleten te helpen hun gezondheid en prestaties te optimaliseren door middel van onderzoek en onderwijs in hydratatie en sportwetenschap, " zei dr. Lindsay Baker, hoofdwetenschapper aan het Gatorade Sports Science Institute. "Door onze samenwerking met Epicore Biosystems, we ontwikkelen spannende nieuwe manieren om zweet te meten en te monitoren, wat ons kan helpen om hydratatiestrategieën voor onze atleten beter aan te bevelen."

Voor het eerst geïntroduceerd in 2016, Het microfluïdische ontwerp van Rogers heeft het afgelopen jaar een lange weg afgelegd. Eerdere ontwerpen maten chlorideverlies, glucose, lactaat- en pH-waarden in zweet. Nieuwere platforms kwantificeren ook concentraties van zware metalen zoals lood en arseen en ureum- en creatinineniveaus, waarvan de laatste betrekking heeft op de gezondheid van de nieren.

De nieuwste apparaten kunnen deze chemie ook continu meten, live, waardoor dragers kunnen volgen hoe hun zweetchemie verandert tijdens een trainingsregime en gedurende de dag.

"De apparaten van een jaar geleden konden de gemiddelde chlorideconcentratie tijdens een inspanningsperiode bepalen, Rogers zei. „Maar nu hebben wij apparaten die opeenvolgend in tijd vullen. Dit is belangrijk omdat variaties in zweetbiomarkers een gevoel van vermoeidheid geven tijdens het sporten. Die mogelijkheid hadden we voorheen niet."

Sterker nog:de sporter hoeft zijn of haar training niet te pauzeren om ingewikkelde informatie te ontcijferen. In plaats daarvan, hij of zij kan deze opeenvolgend veranderende niveaus met een simpele blik volgen. Tijdens het sporten, zweet baant zich een weg door de microscopisch kleine kanalen van het apparaat en in verschillende compartimenten. In die compartimenten reacties met chemische reagentia resulteren in zichtbare kleurveranderingen die kwantitatief verband houden met elektrolytconcentraties.

"De meeste mensen willen weten of ze veel chloride verliezen, een beetje of bijna geen, Rogers zei. "Ze kunnen het apparaat gewoon in de gaten houden en bepalen of hun elektrolytniveaus hoog zijn, gemiddeld of laag."

Co-auteur met wetenschappers van het Gatorade Sports Science Institute, het onderzoek is vandaag online gepubliceerd, 16 februari in het journaal wetenschappelijke vooruitgang . Rogers zal het werk ook presenteren als onderdeel van zijn lezing over bio-geïntegreerde technologieën op 17 februari op de jaarlijkse bijeenkomst van de American Association for the Advancement of Science (AAAS) in Austin, Texas. Rogers zal bespreken hoe zijn technologie kan worden gebruikt bij de revalidatie van slachtoffers van een beroerte.

Een ander uniek kenmerk van deze nieuwste platforms is hun vermogen om het zweet van gebruikers te meten tijdens watersporten, zelfs volledig onder water. Nieuwe zelfklevende materialen en microfluïdische ontwerpen zorgen voor waterdichte afdichtingen op de huid om zweet op te vangen en te analyseren, terwijl wordt voorkomen dat omringend water de microscopische kanalen van het apparaat binnendringt. De systemen werden voor het eerst ingezet op triatleten en worden nu routinematig gebruikt door het zwemteam van Northwestern.

"We maken ons zorgen over de impact van zweten op de hydratatie en prestaties tijdens trainingen en wedstrijden, maar tot nu toe, we hebben geen manier gehad om kwantitatieve metingen te doen, " zei Jarod Schroeder, hoofdcoach van het herenzwemteam van Northwestern. "Op de huid gemonteerde microfluïdische apparaten van de Rogers-groep stellen ons in staat, Voor de eerste keer, om zweet- en elektrolytenverlies continu te bepalen, zoals het zich voordoet in het zwembad tijdens het zwemmen, zonder nadelige gevolgen voor onze atleten. De inzichten zijn intrigerend. De opmerkelijk hoge niveaus van zweetverlies in het zwembad vereisen een zorgvuldige planning voor rehydratatie."

Via Epicore Biosystems en de CBIE, apparaten worden nu wijdverbreid ingezet bij een groot aantal verschillende organisaties. De Seattle Mariners gebruiken honderden apparaten om spelers te volgen tijdens de voorjaarstraining.

"Deze dunne, flexibele microfluïdische netwerken stellen ons in staat om zweetverlies en zweetchemie bij spelers in onze organisatie kwantitatief te volgen, " zei Lorena Martin, een arts en de directeur van hoge prestaties van de Mariners. "Deze gegevens kunnen ons unieke, gedetailleerd, spelerspecifieke informatie over de elektrolytenbalans en lichaamschemie op elk moment tijdens een wedstrijd of training."

Vliegers in actieve dienst op de Wright-Patterson Air Force Base in Dayton, Ohio gebruikt de apparaten ook.

"Zweet is rijk aan biochemische informatie die relevant is voor fysiologische gezondheid en cognitieve toestand, " zei Jennifer Martin, een onderzoekschemicus bij het Air Force Research Laboratory. "Het vermogen om zweetverlies en zweetchemie in situ op de huid te volgen, is van belang omdat de gegevens ons in staat kunnen stellen om de militaire paraatheid effectiever te beheren onder slopende omstandigheden tijdens training of op het slagveld."

Patiënten gebruiken ook de apparaten bij Shirley Ryan AbilityLab, een van de beste translationele onderzoeksziekenhuizen van het land. Onderzoekers daar onderzoeken links/rechts asymmetrieën bij zweten als een maatstaf voor herstel bij patiënten met een beroerte. De apparaten helpen clinici ook om de verschillen in de zweetchemie van patiënten in de loop van het revalidatieproces te volgen.

"De zeer visuele en dynamische aard van deze apparaten stelt onze clinici in staat om zweetverlies en fysieke inspanning gemakkelijk te controleren bij patiënten die revalidatie ondergaan van autonome aandoeningen zoals beroerte, " zei Arun Jayaraman, directeur van het Max Näder Lab for Rehabilitation Technologies and Outcomes Research bij Shirley Ryan AbilityLab. "Het unieke vermogen om zweten op meerdere lichaamslocaties tegelijkertijd te meten, opent de mogelijkheid om afwijkend zweten te gebruiken als een indicator van de herstelstatus."

Met de technologie op schema voor commercialisering, Rogers' team, waaronder Dr. Roozbeh Ghaffari, de directeur van translationele wetenschap bij CBIE, blijft de microfluïdische apparaten testen in geschaalde onderzoeken met een groeiende verzameling partners. Rogers verwacht dat een versie van deze technologie in handen kan zijn van militair personeel, sportteams en consumenten in het komende jaar grotendeels te wijten aan de eenvoudige, lage kosten karakter van de technologie en haar brede aantrekkingskracht op eindgebruikers.

"Door onze krachten te bundelen met wetenschappelijk gedreven organisaties zoals de Amerikaanse luchtmacht en Gatorade kunnen we een nieuwe klasse draagbare technologie ontwikkelen - een technologie die kwantitatieve informatie levert over zweet, met het potentieel om de manier waarop mensen hun hydratatie beheren fundamenteel te veranderen, gezondheid en prestaties, ' zei Gaffari.