Умный пластырь проводит анализы с помощью пота вместо крови

Начинается новая эра, в которой можно точно оценить состояние здоровья организма, используя только пот вместо анализов крови. Исследовательская группа KAIST разработала умный пластырь, который при простом наклеивании на тело может точно отслеживать внутренние изменения через пот. Ожидается, что это внесет значительный вклад в развитие технологий управления хроническими заболеваниями и персонализированной медицины.

Команда под руководством профессора Ки-Хуна Чжона (Ki-Hun Jeong) с факультета биоинженерии и инженерии мозга разработала носимый сенсор, способный одновременно и в реальном времени анализировать несколько метаболитов в поте. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Однако традиционные сенсоры — как «меточные» (требующие флуоресцентных меток или окрашивания), так и «безме́точные» — сталкивались с трудностями в эффективном сборе и контроле пота. Это ограничивало возможность точного наблюдения за изменениями метаболитов с течением времени у реальных людей.

Чтобы преодолеть эти ограничения, команда создала тонкий и гибкий носимый пластырь для пота, который можно прикрепить непосредственно к коже. Пластырь объединяет микроканалы для сбора пота и сверхтонкую наноплазмонную структуру, которая анализирует компоненты пота с помощью света. Благодаря этому несколько метаболитов пота можно анализировать одновременно без отдельного окрашивания или меток, всего одним нанесением пластыря.

Наноплазмонная структура — это оптическая сенсорная структура, в которой наномасштабные металлические узоры взаимодействуют со светом, что позволяет чувствительно обнаруживать присутствие или изменение концентрации молекул в поте.

Пластырь был создан путем объединения:

• Нанофотонной технологии, которая манипулирует светом в нанометровом масштабе (в сто тысяч раз тоньше человеческого волоса) для считывания молекулярных свойств.
• Микрофлюидной технологии, которая точно контролирует пот в каналах тоньше волоса.

Внутри одного пластыря микрофлюидная технология позволяет собирать пот последовательно с течением времени, что дает возможность измерять изменения различных метаболитов без какого-либо процесса мечения. Внутри пластыря находятся от 6 до 17 камер (накопительных пространств). Пот, выделяемый во время упражнений, течет по микрофлюидным структурам и заполняет каждую камеру по порядку.

Исследователи применили пластырь на реальных людях и успешно отслеживали изменяющийся состав пота с течением времени во время физических упражнений. Ранее безметочным подходом можно было одновременно проверить только около двух компонентов. В этой работе впервые продемонстрирована возможность одновременного количественного анализа трех метаболитов — мочевой кислоты, молочной кислоты и тирозина — а также того, как они меняются в зависимости от физической нагрузки и диеты.

В частности, с помощью методов искусственного интеллекта удалось точно различать сигналы целевых веществ даже в сложном составе пота.

Профессор Ки-Хун Чжон отметил: «Это исследование закладывает основу для точного мониторинга внутренних метаболических изменений с течением времени без забора крови, путем объединения нанофотонных и микрофлюидных технологий.

В будущем это может быть расширено на различные области, такие как управление хроническими заболеваниями, отслеживание реакции на лекарства, мониторинг воздействия окружающей среды и открытие биомаркеров нового поколения для метаболических заболеваний».