Er zijn veel dingen die u niet leuk vindt aan naar de dokter gaan:een eigen bijdrage betalen, in de wachtkamer zitten, verouderde tijdschriften, zieke mensen die hoesten zonder hun mond te bedekken. Voor velen, Hoewel, het ergste van een doktersbezoek is dat je vast komt te zitten met een naald. Bloedonderzoek is een beproefde manier om te evalueren wat er met uw lichaam aan de hand is, maar het ongemak is onvermijdelijk. Of misschien niet, zeggen Caltech-wetenschappers.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Natuur Biotechnologie , onderzoekers onder leiding van Wei Gao, assistent-professor medische technologie, beschrijven een in massa produceerbare draagbare sensor die niveaus van metabolieten en voedingsstoffen in het bloed van een persoon kan controleren door hun zweet te analyseren. Eerder ontwikkelde zweetsensoren richten zich vooral op verbindingen die in hoge concentraties voorkomen, zoals elektrolyten, glucose, en lactaat. Gao's zweetsensor is gevoeliger dan de huidige apparaten en kan zweetverbindingen met veel lagere concentraties detecteren, naast het feit dat het gemakkelijker te vervaardigen is, zeggen de onderzoekers.

De ontwikkeling van dergelijke sensoren zou artsen in staat stellen continu de toestand van patiënten met ziekten zoals hart- en vaatziekten, suikerziekte, of nierziekte, die allemaal resulteren in abnormale niveaus van voedingsstoffen of metabolieten in de bloedbaan. Patiënten zouden baat hebben bij een betere voorlichting van hun arts over hun toestand, terwijl ook invasieve en pijnlijke ontmoetingen met injectienaalden worden vermeden.

"Dergelijke draagbare zweetsensoren hebben het potentieel om snel, doorlopend, en niet-invasief veranderingen in gezondheid op moleculair niveau vast te leggen, " zegt Gao. "Ze kunnen gepersonaliseerde monitoring mogelijk maken, vroege diagnose, en tijdig ingrijpen."

Gao's werk is gericht op het ontwikkelen van apparaten op basis van microfluïdica, een naam voor technologieën die kleine hoeveelheden vloeistoffen manipuleren, meestal via kanalen van minder dan een kwart millimeter breed. Microfluidica zijn ideaal voor een dergelijke toepassing omdat ze de invloed van zweetverdamping en huidverontreiniging op de meetnauwkeurigheid minimaliseren. Terwijl vers toegevoerd zweet door de microkanalen stroomt, het apparaat kan meer nauwkeurige metingen van zweet uitvoeren en kan tijdelijke veranderingen in concentraties vastleggen.

Tot nu, Gao en zijn collega's zeggen:draagbare sensoren op microfluïdische basis werden meestal vervaardigd met een lithografie-verdampingsproces, wat gecompliceerde en dure fabricageprocessen vereist. Zijn team koos er in plaats daarvan voor om hun biosensoren van grafeen te maken, een bladachtige vorm van koolstof. Zowel de op grafeen gebaseerde sensoren als de kleine microfluïdische kanalen worden gecreëerd door de plastic platen te graveren met een koolstofdioxidelaser, een apparaat dat nu zo gewoon is dat het beschikbaar is voor thuishobbyisten.

Het onderzoeksteam koos ervoor om hun sensor de ademhalingsfrequentie te laten meten, hartslag, en niveaus van urinezuur en tyrosine. Tyrosine werd gekozen omdat het een indicator kan zijn van stofwisselingsstoornissen, leverziekte, eet stoornissen, en neuropsychiatrische aandoeningen. Urinezuur werd gekozen omdat, op verhoogde niveaus, het wordt geassocieerd met jicht, een pijnlijke gewrichtsaandoening die wereldwijd in opkomst is. Jicht treedt op wanneer hoge niveaus van urinezuur in het lichaam beginnen te kristalliseren in de gewrichten, vooral die van de voeten, irritatie en ontsteking veroorzaken.

Om te zien hoe goed de sensoren presteerden, de onderzoekers voerden een reeks tests uit met gezonde individuen en patiënten. Om het zweettyrosinegehalte te controleren, die worden beïnvloed door iemands fysieke fitheid, ze gebruikten twee groepen mensen:getrainde atleten en individuen met een gemiddelde fitheid. Zoals verwacht, de sensoren toonden lagere niveaus van tyrosine in het zweet van de atleten. Om de urinezuurspiegels te controleren, ze namen een groep gezonde individuen en controleerden hun zweet tijdens het vasten en nadat ze een maaltijd hadden gegeten die rijk was aan purines, verbindingen in voedsel die worden gemetaboliseerd tot urinezuur. De sensor liet zien dat de urinezuurspiegel steeg na de maaltijd. Het team van Gao voerde ook een soortgelijke test uit bij jichtpatiënten. Hun urinezuurniveaus, de sensor toonde, waren veel hoger dan die van gezonde mensen.

Om de nauwkeurigheid van de sensoren te controleren, de onderzoekers namen ook bloed af bij de jichtpatiënten en gezonde proefpersonen. De metingen van de urinezuurspiegels door de sensoren correleerden sterk met de niveaus van de verbinding in het bloed.

Gao zegt dat de hoge gevoeligheid van de sensoren, samen met het gemak waarmee ze kunnen worden vervaardigd, betekent dat ze uiteindelijk door patiënten thuis kunnen worden gebruikt om aandoeningen zoals jicht, suikerziekte, en hart- en vaatziekten. Met nauwkeurige realtime informatie over hun gezondheid kan een patiënt zelfs zijn eigen medicatieniveaus en dieet naar behoefte aanpassen.

"Gezien het feit dat abnormale circulerende voedingsstoffen en metabolieten verband houden met een aantal gezondheidsproblemen, de informatie die van dergelijke draagbare sensoren wordt verzameld, zal van onschatbare waarde zijn voor zowel onderzoek als medische behandeling, "zegt Gao.

Het artikel waarin het onderzoek wordt beschreven, getiteld, "Een lasergegraveerde draagbare sensor voor gevoelige detectie van urinezuur en tyrosine in zweet, " verschijnt in het nummer van 25 november van Natuur Biotechnologie .