Sungbong Kim, Roozbeh Ghaffari, John A. Rogers
Bài học rút ra chính
- Các nhà khoa học đã chế tạo một thiết bị cảm biến mồ hôi dưới dạng một miếng dán dính nước mỏng, linh hoạt.
- Thiết bị có thể phân tích mồ hôi để tìm các chất sinh hóa như cortisol, glucose, vitamin C và clo.
- Nó có thể đo các dấu hiệu sinh lý quan trọng để giúp mọi người theo dõi sức khỏe, hoạt động thể thao và thậm chí cả hoạt động quân sự.
Chỉ một giọt mồ hôi cũng có thể tiết lộ rất nhiều điều về cơ thể của một người. Giờ đây, việc hiểu một số thành phần quan trọng của quá trình sinh hóa học có thể dễ dàng như vỗ vào một miếng dán và vuốt nó gần điện thoại thông minh của bạn.
Trong một bài báo được xuất bản tuần này trongKỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, một nhóm các nhà nghiên cứu đã công bố sự phát triển của các miếng dán mỏng, linh hoạt có thể thu thập và phân tích một lượng nhỏ mồ hôi trong thời gian thực.
“Các hệ thống microfluidic mềm có thể thu nhận, lưu trữ và thực hiện phân tích dấu ấn sinh học về thể tích microlit của mồ hôi, tại chỗ, khi nó xuất hiện từ bề mặt da, đại diện cho một lớp công nghệ đeo mới nổi với các khả năng mạnh mẽ bổ sung cho các thiết bị cảm biến lý sinh truyền thống , ”Các tác giả của tờ báo viết.
Miếng dán này sử dụng hóa học thay đổi màu sắc để đo mức độ glucose, lactate, clo, cortisol, v.v. của người mặc. Chúng có thể giúp đánh giá các thành phần khác nhau của sức khỏe một người, như mức độ hydrat hóa và căng thẳng của họ.
“Những gì chúng tôi đang cố gắng làm là phát triển một bộ công nghệ có thể được hiển thị dưới dạng nhãn dán”, đồng tác giả John Rogers, Tiến sĩ, giáo sư kỹ thuật y sinh, khoa học vật liệu và phẫu thuật thần kinh tại Đại học Northwestern, nói với VeryWell. “Đây là loại dấu ấn cao đối với chúng tôi về phạm vi chức năng của một thiết bị thuộc loại đó.”
Điều này có ý nghĩa gì đối với bạn
Các miếng dán kết dính sẽ sớm được cung cấp cho người tiêu dùng để sử dụng trong thể thao và dinh dưỡng. Các thiết bị cảm biến mồ hôi có khả năng kiểm tra nhiều chỉ số sức khỏe và có thể sớm được tích hợp vào các thiết bị đeo được như đồng hồ thông minh.
Cách hoạt động của bản vá
Xét nghiệm máu là phương pháp phổ biến nhất để thu thập thông tin về một số chất sinh hóa quan trọng như natri, kali, clorua và urê. Tuy nhiên, quá trình này là xâm lấn vì nó đòi hỏi phải chọc vào da hoặc dùng ống tiêm xuyên qua da. Điều này làm cho nó ít hấp dẫn hơn như một quy trình thông thường.
Mặt khác, mồ hôi có thể được thu thập từ bề mặt da mà không cần bất kỳ hành động xâm lấn nào. Và nó chứa một số chất hóa sinh hữu ích để hiểu và định hình kết quả sức khỏe.
Trong lịch sử, việc thu thập mồ hôi đặc biệt khó khăn. Đôi khi nó liên quan đến việc cạo nó khỏi da bằng một công cụ không giống như một cái chổi cao su. Khi lướt qua da, các vật liệu như tế bào da, bụi bẩn và dầu có thể vô tình làm ô nhiễm mẫu.
Thiết bị mới này sử dụng công nghệ microfluidic để dẫn một lượng nhỏ mồ hôi qua các kênh, van và bể chứa cực nhỏ trong miếng dán. Khi mồ hôi được tiết ra từ các lỗ chân lông trên da, nó sẽ di chuyển qua những con đường này và tương tác với các xét nghiệm — các thành phần để đo thành phần hóa chất từ mồ hôi. Miếng dán tĩnh này không chỉ đảm bảo mẫu mồ hôi còn nguyên sơ mà còn cho phép phân tích mẫu trong thời gian thực.
Rogers, người cũng là giám đốc sáng lập của Trung tâm Điện tử Tích hợp Sinh học cho biết: “Những nền tảng vi lỏng này đã thay đổi các giao thức mà bạn có thể sử dụng để nghiên cứu mồ hôi.
Các mảng tương đối kín đáo trên người mặc. Một lý do cho kích thước nhỏ và cấu trúc linh hoạt là miếng dán không chứa pin cồng kềnh. Thay vào đó, nó được cung cấp thông qua các tương tác với điện thoại thông minh.
Khai thác công nghệ giao tiếp tầm gần cho phép các chức năng như thanh toán không dây, bản vá và điện thoại thông minh có thể trao đổi điện và thông tin một cách hiệu quả. Miếng dán nhận điện không dây bằng sóng radio từ điện thoại và thông tin về mồ hôi — như lượng mồ hôi được thu thập và lớp trang điểm hóa học — được truyền lại cho điện thoại.
Thiết bị phải ở gần điện thoại thông minh để nó hoạt động, có nghĩa là người dùng phải vuốt điện thoại của họ gần miếng dán để nó nhận điện. Tuy nhiên, Rogers nói, các nhà khoa học có thể phát triển một thiết bị có ăng-ten lớn hơn có thể được lắp vào một thứ như xe đạp tập thể dục để đọc liên tục hơn.
Mồ hôi có thể cho chúng tôi biết điều gì
Tính chất không xâm lấn của việc thu thập mồ hôi có thể rất hữu ích, đặc biệt đối với những người dựa vào xét nghiệm máu định kỳ để đo tình trạng sức khỏe của họ.
Rogers nói: “Điều bất lợi là không ai thực sự biết nhiều về mồ hôi. “Nó có các thành phần hóa học này - điều đó đã được biết đến. Nhưng làm thế nào nó kết hợp với máu là một câu hỏi nghiên cứu thú vị và chúng tôi đang ở giữa vấn đề đó. "
Nhóm nghiên cứu của ông đang làm việc với một nhóm bác sĩ tim mạch tại Bệnh viện Nhi đồng Lurie ở Chicago để hiểu rõ hơn về cách các dấu ấn sinh học trong mồ hôi so với các dấu ấn sinh học trong máu. Ví dụ, cả mồ hôi và máu đều chứa glucose. Các nhà nghiên cứu sẽ đo mức độ trong cả hai mẫu và đánh giá xem hai mẫu có tương quan hay không, để làm cho cảm biến mồ hôi chính xác và hữu ích hơn.
Việc đo lường cách cortisol, cũng như glucose và vitamin C, được giải phóng trong cơ thể qua mồ hôi cũng có thể cung cấp thông tin chi tiết về sức khỏe tinh thần và căng thẳng thể chất của người mặc. Cortisol được giải phóng để phản ứng với các tác nhân gây căng thẳng về thể chất và tinh thần, và nó có thể kích hoạt tiêu thụ glucose khi cơ thể bắt đầu phản ứng chiến đấu hoặc bỏ chạy. Ngoài ra, mức độ cortisol tăng lên có liên quan đến các tình trạng như béo phì, tiểu đường, tăng huyết áp và trầm cảm.
Các tác giả hy vọng rằng việc theo dõi các chất sinh hóa này qua mồ hôi sẽ giúp hiểu rõ hơn về cách tương tác giữa cortisol, glucose và vitamin C.
Cách thiết bị cảm biến mồ hôi sẽ được sử dụng
Các mẫu đồng hồ thông minh hiện tại — như Apple Watch và Fitbit — bao gồm các công cụ để đo nhịp tim, chuyển động và nồng độ oxy trong máu. Để vượt xa các phép đo vật lý này, việc bổ sung cảm biến mồ hôi sẽ cho phép người dùng theo dõi các đặc tính sinh hóa và tác động của chúng đối với sức khỏe của người dùng.
“Tôi có cảm giác rằng cuối cùng, những người chơi lớn trên thị trường này sẽ cảm nhận được mồ hôi vì nó không xâm lấn,” Tolga Kaya, tiến sĩ, giám đốc chương trình kỹ thuật tại Đại học Sacred Heart ở Connecticut, nói với Verywell. “Một khi họ triển khai nó vào đồng hồ của mình, thì nó sẽ trở nên lớn hơn.”
Dựa trên nghiên cứu của Rogers và nhóm của anh ấy, Gatorade đã phát triển GX Sweat Patch. Sản phẩm là phiên bản đơn giản hóa của sản phẩm được mô tả trong nghiên cứu và chỉ kiểm tra các yếu tố liên quan đến vận động viên, như mức độ hydrat hóa và điện giải.
Sản phẩm đã được công bố thông qua một đoạn quảng cáo trong thời gian nghỉ giữa hiệp của trò chơi NBA All-Star vào tháng Hai và sẽ có mặt tại các cửa hàng bán đồ thể thao vào năm sau. Bản vá này cũng đã lấn sân sang lĩnh vực ảo như là một sản phẩm trong phiên bản gần đây nhất của trò chơi điện tử NBA 2K.
Công nghệ này có nhiều ứng dụng khác nhau trong lĩnh vực thể thao và dinh dưỡng, bao gồm theo dõi lượng mồ hôi và mức điện giải.
Tolga cho biết: “Bạn có thể biết ai đó đang ngậm nước hoặc mất nước trong thời gian thực, điều này rất hữu ích bởi vì khi bạn nhận thấy rằng bạn đang khát hoặc mất nước, thì đã quá muộn để mang nó trở lại,” Tolga nói, người không liên kết với Giấy Tây Bắc. "Bạn giảm hiệu suất tinh thần, hoạt động thể chất khá nhanh chóng."
Rogers và Tolga nói rằng những thiết bị này cũng có thể hữu ích cho quân đội. Để duy trì sức khỏe của những người làm dịch vụ tốt hơn, những miếng dán như thế này có thể đánh giá mức độ hydrat hóa và cortisol của họ để đảm bảo hoạt động thể chất và tinh thần ở mức cao nhất.
Khi các nhà khoa học tìm hiểu về cách thiết kế các thiết bị cùng tồn tại với các hệ thống sống, sẽ có khả năng đáng kinh ngạc. Từ các thiết bị cấy ghép cho não đến các miếng dán để theo dõi sức khỏe trẻ sơ sinh, Rogers cho biết có nhiều cách mà các công cụ mới có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sinh học cơ bản của mình.
Rogers nói: “Đó là một không gian rộng lớn, thực sự phong phú để thực hiện nghiên cứu học thuật theo định hướng khám phá. “Theo một nghĩa nào đó, đó là một loại khoa học có hệ quả. Nếu bạn phát triển sự hiểu biết, bạn có thể tạo ra nền tảng cho các công nghệ có thể thay đổi cách chúng ta chăm sóc sức khỏe với những lợi ích trực tiếp và cải thiện kết quả cho bệnh nhân, giảm chi phí và khả năng triển khai ở các khu vực nghèo khó trên hành tinh. "
-test.jpg)
