Zweet, die een breed scala aan biochemische markers bevat, kan ons veel vertellen over onze gezondheid. Variaties in zweet-pH (d.w.z. zuurgraad of alkaliteit), bijvoorbeeld, kan ons vertellen of ons lichaam uitgedroogd is en kan helpen bij de diagnose van huidaandoeningen zoals dermatitis, acne en andere huidinfecties. Bij diabetespatiënten is zweet pH kan dienen als een goede indicator van andere levensbedreigende aandoeningen, bijvoorbeeld, een hoge zweet-pH tijdens overmatig zweten en nachtelijk zweten kan zijn veroorzaakt door een langdurige periode van lage bloedglucose die medisch ingrijpen rechtvaardigt.

Een team van NUS-onderzoekers heeft een 'add-on' bedacht voor een draagbare gadget voor gezondheidsmonitoring die gebruikers door zweet kan vertellen over hun gezondheidstoestand. De nieuwe zweet-pH-monitor, die gemakkelijk tegen zeer lage kosten kan worden geïntegreerd in bestaande fitnesstrackers of smartwatches, kan continu de zuurgraad of alkaliteit van het zweet van een gebruiker meten en bewaken, samen met de hartslag en zuurstofconcentratie. Op deze manier, gebruikers kunnen 24 uur per dag genieten van gepersonaliseerd, en niet-invasieve beoordeling van hun welzijn.

Het onderzoeksteam bestaat uit de heer Ananta Narayanan Balaji, een promovendus van NUS Electrical and Computer Engineering, promovendus mevrouw Chen Yuan en universitair docent Shao Huilin van NUS iHealthtech en NUS Biomedical Engineering, evenals Dr. Wang Bo en Professor Peh Li-Shiuan van NUS Computer Science.

"De meeste hedendaagse fitnesstrackers en smartwatches kunnen gezondheidsindicatoren meten, zoals hartslag, bloed zuurstofverzadigingsniveaus, stappentelling en zelfs slaapcyclus, maar ze zijn niet in staat om gezondheidsindicatoren op moleculair niveau te volgen. Vandaar, we hebben de pH Watch gemaakt omdat zweet een gemakkelijk toegankelijke lichaamsvloeistof is die is samengesteld uit een breed scala aan biochemische markers die kunnen worden gebruikt om het welzijn van individuen op een niet-invasieve manier te controleren, ’ zei meneer Ananta.

Waarom de pH van zweet belangrijk is

De term 'pH' betekent 'potentieel van waterstof' en de pH-schaal, die meet van nul tot 14, geeft een indicatie van hoe zuur of basisch (ook wel alkalisch genoemd) een stof is. Een pH van zeven is neutraal op de schaal, terwijl een pH van minder dan zeven zuur is. Een waarde groter dan zeven is alkalisch. Een gezonde huid heeft doorgaans een pH-waarde van 5,5.

"Als het lichaam uitgedroogd is, er zal een toename zijn van de natriumconcentratie in zweet wat wordt aangegeven door een hogere pH-waarde. Een evenwichtige pH is ook essentieel voor de gezondheid van de huid - als onze huid te zuur of alkalisch is, huidaandoeningen zoals dermatitis en acne kunnen voorkomen. Voor diabetespatiënten, een hoge zweet-pH tijdens overmatig zweten en nachtelijk zweten kan erop wijzen dat de patiënt een lage bloedglucosespiegel heeft, ’ legde meneer Ananta uit.

Hoe de pH Watch werkt

De pH Watch, uitgevonden door de NUS-onderzoekers, maakt gebruik van de bestaande pulsoximeterchips in fitnesstrackers en smartwatches die de hartslag en zuurstofverzadigingsniveaus van gebruikers meten.

Pulsoximeters bestaan ​​uit rode en infraroodlichtsensoren die tussen de huid en het apparaat zitten. Een pulsoximeter zendt zichtbaar rood en onzichtbaar infrarood licht uit op de huid van de gebruiker en berekent het verschil tussen de golflengten van de twee lichten om het zuurstofgehalte in het bloed te bepalen. In ziekenhuizen, ze worden vaak op de bovenkant van de wijsvinger van een patiënt geknipt om het zuurstofverzadigingsniveau van het bloed van de patiënt te meten en te controleren.

Het NUS-team heeft een flexibele en zeer responsieve pH-zweetsensor gefabriceerd die goed werkt met de pulsoximeter. specifiek, de zweetsensor is gemaakt van een materiaal dat van kleur verandert als het in contact komt met verschillende zweet-pH's; deze kleurveranderingen zijn ontworpen om overeen te komen met de opnamemogelijkheden van de pulsoximeter. Door deze op maat gemaakte pH-sensor en het pH-detectiealgoritme van het team te integreren in bestaande fitnesstrackers of smartwatches die al een ingebouwde pulsoximeter hebben, de pH Watch kan tegelijkertijd de pH-waarde van het zweet van een gebruiker controleren, samen met hartslag en bloedzuurstofverzadigingswaarden in realtime, met een nauwkeurigheid van ongeveer 90 procent.

"We hebben de pH-sensor helemaal opnieuw ontworpen en gefabriceerd met behulp van polyanilinepolymeer, dat is een goedkope, duurzaam en toch zeer flexibel materiaal. Het past zich goed aan de huid aan en kan worden toegevoegd aan elke smartwatch met pulsoximeter om continue meting van de pH van zweet mogelijk te maken. De sensor kan zelfs bij dagelijks gebruik meer dan een jaar worden hergebruikt, " zei mevrouw Chen die de pH-sensor ontwikkelde.

"Onze pH Watch werkt zeer efficiënt. Er is slechts 20 KB Random Access Memory (RAM) nodig voor gegevensverwerking. Het is ook zeer energiezuinig:de pH-sensor is passief en heeft geen stroombron nodig, terwijl het pH-detectiealgoritme minder dan 0,01 procent van het totale stroomverbruik van een smartwatch gebruikt, " zei meneer Ananta, die het pH-detectiealgoritme en het systeemprototype heeft ontwikkeld.

Hij voegde toe, "De pH-sensor kan gemakkelijk op elke wearable met een pulsoximeter worden gemonteerd. Hij kan elke vorm aannemen:een armband, borstband of hoofdband, maar we hebben een horloge-achtig draagbaar prototype ontwikkeld vanwege de populariteit van draagbare wearables onder gebruikers. Het potentiële gebruik van onze pH Watch is niet alleen beperkt tot atleten; het kan door elke gebruiker worden gebruikt, omdat we zouden zweten tijdens dagelijkse activiteiten zoals wandelen of hardlopen. Ook, vanwege het niet-invasieve karakter, het kan worden gebruikt als apparaat voor persoonlijk gezondheidsmonitoring voor senioren en kinderen."

"Voor zover wij weten, de pH Watch is de eerste demonstratie van een herbruikbare zweetsensor die gemakkelijk kan worden geïntegreerd in de huidige smartwatches met pulsoximeters, de weg vrijmaken voor alomtegenwoordige detectie van biomarkers, " zei assistent-professor Shao die het project samen met professor Peh Li-Shiuan van NUS Computer Science begeleidde.

Het team onderzoekt momenteel andere biomarkers in zweet en onderzoekt het gebruik van andere bestaande sensoren om meer zweetbiomarkers te detecteren.