Als iemand je nu zou vragen hoe gestrest je bent, wat zou je zeggen? Een beetje? Heel veel? Je weet het niet?

Dat zijn allemaal terechte reacties, maar ze zijn niet bijzonder nuttig voor onderzoekers en medische professionals omdat ze subjectief zijn en niet gemakkelijk te kwantificeren. Niettemin, in plaats van een betere methode om stress te meten, de gangbare methode bestaat al jaren uit een stressvragenlijst. Het belangrijkste alternatief voor de vragenlijst, een bloedonderzoek, kan kwantitatieve gegevens verstrekken, maar vereist een getrainde professional om het bloed af te nemen, en de stress van de procedure zelf - gepord worden met een grote naald - kan de resultaten van veel mensen vertekenen.

Maar misschien is er iets beters om de hoek.

Wei Gao, assistent-professor medische technologie bij Caltech, heeft een draadloze zweetsensor geproduceerd die de niveaus van cortisol nauwkeurig kan detecteren, een natuurlijke verbinding die algemeen wordt beschouwd als het stresshormoon van het lichaam. In een nieuw artikel dat in het tijdschrift Matter verschijnt, Gao en zijn collega-onderzoekers laten zien hoe ze het in massa produceerbare apparaat hebben ontworpen en gemaakt en hoe het werkt, en aantonen dat het effectief is bij het detecteren van cortisolspiegels in bijna realtime.

De ontwikkeling van een goedkoop en nauwkeurig apparaat voor het meten van cortisol kan zorgen voor een meer wijdverbreide en gemakkelijkere monitoring van stress, maar ook van andere aandoeningen, waaronder angst, post-traumatische stress-stoornis, en depressie - die allemaal gecorreleerd zijn met veranderingen in cortisolspiegels.

De sensor die Gao heeft ontwikkeld, is gemaakt met een vergelijkbare aanpak als een andere zweetsensor die hij onlangs heeft gemaakt en die het niveau van urinezuur in de bloedbaan kan meten, die nuttig is voor het bewaken van aandoeningen zoals hart- en vaatziekten, suikerziekte, of nierziekte. Die zweetsensor, en de nieuwe die Gao en zijn team hebben gemaakt, zijn beide gemaakt van grafeen, een bladachtige vorm van koolstof. Een plastic vel wordt met een laser geëtst om een ​​3D-grafeenstructuur te genereren met minuscule poriën waarin zweet kan worden geanalyseerd. Die poriën creëren een grote hoeveelheid oppervlakte in de sensor, waardoor het gevoelig genoeg is om verbindingen te detecteren die slechts in zeer kleine hoeveelheden in zweet aanwezig zijn. In de nieuwe sensor die kleine poriën zijn gekoppeld aan een antilichaam, een type immuunsysteemmolecuul, specifiek gevoelig voor cortisol, waardoor het de verbinding kan detecteren.

De sensor is op twee verschillende manieren getest. In een proef, het zweet van een vrijwilliger werd geanalyseerd over een periode van zes dagen, en gegevens die de cortisolspiegels vertegenwoordigen, werden verzameld. Bij een gezond persoon cortisol niveaus stijgen en dalen op een dagelijkse cyclus. De niveaus pieken elke ochtend net nadat een persoon wakker wordt en nemen gedurende de dag af, en dat is precies wat de sensor heeft gedetecteerd.

Gao zegt dat dit de eerste demonstratie is van een sensor die niet-invasief de dagelijkse fluctuatie van cortisol kan volgen. eraan toevoegend dat het volgen van de dagelijkse cortisolcyclus van een patiënt de aanwezigheid van psychische aandoeningen zou kunnen onthullen.

"Depressiepatiënten hebben een ander circadiaans patroon van cortisol dan gezonde individuen, " zegt hij. "Bij PTSS-patiënten, het is weer een andere."

Bij de andere toets veranderingen in cortisolspiegels werden geregistreerd als ze optraden als reactie op een acute stressor. Dit is gedaan door middel van twee experimenten. In de eerste, proefpersonen werden gevraagd om aerobe oefeningen uit te voeren, omdat bekend is dat intensieve lichaamsbeweging een sterke toename van cortisol veroorzaakt. Bij het tweede experiment proefpersonen werden gevraagd hun handen onder te dompelen in ijswater, een stressor die voldoende is om de afgifte van cortisol op te wekken. Bij beide experimenten de sensoren detecteerden meteen stijgende cortisolspiegels.

"Onze analysetijd kan maar een paar minuten zijn, "zegt Gao. "Normaal gesproken, een bloedtest duurt minstens één tot twee uur en vereist stressveroorzakende bloedafname. Voor stressmonitoring, tijd is erg belangrijk."

Hoewel Gao's sensor veel gebruikt kan worden in typische medische toepassingen hier op aarde, het wordt ook doorgelicht voor mogelijke off-world toepassingen. In oktober, NASA heeft aangekondigd dat Gao een van de zes onderzoekers is die zijn geselecteerd om deel te nemen aan onderzoeken naar de gezondheid van mensen op deep-space-missies. Gao zal financiering ontvangen om de sensortechnologie te ontwikkelen tot een systeem voor het bewaken van de stress en angst van astronauten als onderdeel van het programma, die wordt beheerd door het Translational Research Institute for Space Health (TRISH).

"We willen een draagbaar systeem ontwikkelen dat multimodale gegevens kan verzamelen, inclusief informatie over zowel vitale functies als moleculaire biomarkers, om de nauwkeurige classificatie voor diepe ruimtestress en angst te verkrijgen, "zegt Gao.

Het artikel dat de sensor en Gao's bevindingen beschrijft, getiteld, "Onderzoek naar de dynamiek van cortisol in menselijk zweet met behulp van een op grafeen gebaseerd draadloos mHealth-systeem, " verschijnt online op 26 februari en in print in het aprilnummer van Materie .