キム・ソンボン、ルーズベ・ガファリ、ジョン・A・ロジャース
重要なポイント
- 科学者たちは、薄くて柔軟性があり、水密性のある粘着パッチの形で汗を感知する装置を作りました。
- このデバイスは、汗のコルチゾール、ブドウ糖、ビタミンC、塩素などの生化学物質を分析できます。
- 主要な生理学的マーカーを測定して、人々が健康、陸上競技、さらには軍事行動を監視するのに役立ちます。
ほんの一滴の汗で、人の体について多くのことが明らかになります。これで、生化学のいくつかの重要な要素を理解するのは、粘着パッチを叩いてスマートフォンの近くでスワイプするのと同じくらい簡単です。
今週公開された論文で国立科学アカデミーの議事録、研究チームは、少量の汗をリアルタイムで収集して分析できる、薄くて柔軟なパッチの開発を発表しました。
「マイクロリットル量の汗を皮膚の表面から発生するときにその場で捕捉、保存、およびバイオマーカー分析を実行するソフトマイクロ流体システムは、従来の生物物理学的センシングデバイスの機能を補完する強力な機能を備えた新しいクラスのウェアラブル技術を表しています。 」と論文の著者は書いています。
このパッチは、色が変化する化学物質を使用して、着用者のブドウ糖、乳酸塩、塩素、コルチゾールなどのレベルを測定します。これらは、水分補給やストレスのレベルなど、人の健康のさまざまな要素を評価するのに役立ちます。
「私たちがやろうとしているのは、ステッカーの形でレンダリングできる一連の技術を開発することです」と、ノースウェスタン大学の生物医学工学、材料科学、および神経外科の教授である共著者のジョン・ロジャース博士は述べています。 VeryWellに伝えます。 「これは、そのタイプのデバイスの機能範囲の点で、私たちにとって一種の最高水準です。」
これがあなたにとって何を意味するか
粘着パッチは、陸上競技や栄養で使用するために消費者にまもなく利用可能になります。汗感知デバイスは、複数の健康指標をテストする機能を備えており、まもなくスマートウォッチなどのウェアラブルに統合される可能性があります。
パッチのしくみ
血液検査は、ナトリウム、カリウム、塩化物、尿素などの特定の主要な生化学物質に関する情報を収集するための最も一般的な方法です。ただし、このプロセスでは、皮膚を刺したり、注射器で皮膚を貫通したりする必要があるため、侵襲的です。これにより、日常的なプロセスとしての魅力が低下します。
一方、汗は、侵襲的な作用なしに皮膚の表面から集めることができます。そしてそれは健康の結果を理解し、形作るのに役立つ多くの生化学物質を含んでいます。
歴史的に、汗を集めることは特に挑戦的でした。それは時々スキージと同じように道具で皮膚からそれをこすり落とすことを含みました。皮膚をかすめる際に、皮膚細胞、汚れ、油などの物質が意図せずにサンプルを汚染する可能性があります。
この新しいデバイスは、マイクロ流体技術を使用して、パッチ内の小さなチャネル、バルブ、およびリザーバーを通して少量の汗を送ります。汗が皮膚の毛穴から放出されると、汗はこれらの経路を通って移動し、アッセイ（汗からの化学物質の組成を測定するための成分）と相互作用します。この固定パッチは、汗のサンプルがきれいであることを保証するだけでなく、リアルタイムで分析することもできます。
「これらのマイクロ流体プラットフォームは、汗を研究するために使用できるプロトコルを変更しました」と、Bio-IntegratedElectronicsセンターの創設ディレクターでもあるRogersは言います。
パッチは着用者には比較的目立ちません。サイズが小さく柔軟な構造である理由の1つは、パッチにかさばるバッテリーが含まれていないことです。代わりに、スマートフォンとの対話を通じて電力が供給されます。
パッチとスマートフォンは、ワイヤレス決済などの機能を可能にする近距離通信技術を活用して、電力と情報を効果的に交換できます。パッチは電話からの電波を使用してワイヤレスで電力を受け取り、汗に関する情報（収集された量やその化学的構成など）が電話に返送されます。
デバイスが動作するには、デバイスがスマートフォンのすぐ近くにある必要があります。つまり、ユーザーが電力を受け取るには、パッチの近くでスマートフォンをスワイプする必要があります。しかし、ロジャーズ氏によると、科学者は、エアロバイクのようなものに取り付けて、より継続的に読み取ることができる、より大きなアンテナを備えたデバイスを開発することができます。
汗が教えてくれること
汗の収集の非侵襲的な性質は、特に健康状態を測定するために定期的な血液検査に依存している人々にとって非常に役立つ可能性があります。
「不利な点は、誰も汗についてそれほど多くを知らないということです」とロジャーズは言います。 「それはこれらの化学成分を持っています—それは知られています。しかし、それが血液とどのように重なるかは興味深い研究課題であり、私たちはまさにその真っ只中にいます。」
彼の研究グループは、シカゴのルリー小児病院の心臓専門医のチームと協力して、汗のバイオマーカーが血液のバイオマーカーとどのように比較されるかをよりよく理解しています。たとえば、汗と血液の両方にブドウ糖が含まれています。研究者は、汗センサーをより正確で有用なものにするために、両方のサンプルのレベルを測定し、2つが相関しているかどうかとどのように相関しているかを評価します。
コルチゾール、ブドウ糖、ビタミンCが汗を介して体内にどのように放出されるかを測定することで、着用者の精神的健康と身体的ストレスについての洞察を得ることができます。コルチゾールは、肉体的および精神的なストレッサーに反応して放出され、体が戦うか逃げるか反応を開始すると、ブドウ糖の消費を引き起こす可能性があります。さらに、コルチゾールレベルの上昇は、肥満、糖尿病、高血圧、うつ病などの状態に関連しています。
著者らは、汗を通してこれらの生化学物質を追跡することが、コルチゾール、ブドウ糖、およびビタミンCがどのように相互作用するかについてのより深い理解につながることを期待しています。
汗感知装置の使用方法
Apple WatchやFitbitなどの現在のスマートウォッチモデルには、心拍数、動き、血中酸素濃度を測定するツールが含まれています。これらの物理的測定を超えて前進するために、汗センサーの追加により、ユーザーは生化学的特性とユーザーの健康への影響も追跡できるようになります。
コネチカット州のセイクリッドハート大学のエンジニアリングプログラムのディレクターであるTolgaKaya博士は、Verywellに次のように語っています。 「彼らがそれを時計に実装すると、それはさらに大きくなるでしょう。」
ロジャーズと彼のチームによる研究に基づいて、ゲータレードはGXスウェットパッチを開発しました。この製品は、研究で説明されているものの簡略版であり、水分補給や電解質レベルなど、アスリートに関連する要因のみをテストします。
この商品は、2月のNBAオールスターゲームのハーフタイムにコマーシャルで発表され、来年はスポーツ用品店で販売される予定です。このパッチは、ビデオゲームNBA2Kの最新バージョンの製品として仮想領域にも組み込まれました。
この技術は、汗の損失や電解質レベルの追跡など、陸上競技や栄養の分野でさまざまな用途があります。
「誰かが水分補給または脱水症状を起こしているかどうかをリアルタイムで知ることができます。喉が渇いたり脱水症状になっていることに気付いた場合、それを元に戻すにはもう手遅れです」と、北西部の紙。 「あなたは精神的パフォーマンス、身体的パフォーマンスをかなり早く失います。」
RogersとTolgaは、これらのデバイスは軍隊にも役立つ可能性があると述べています。サービスマンの健康をより良く維持するために、これらのようなパッチは、彼らの水分補給とコルチゾールレベルを評価して、最高の身体的および精神的パフォーマンスを確実にすることができます。
科学者が生体システムと共存するデバイスを設計する方法を学ぶにつれて、信じられないほどの可能性の余地があります。脳用の埋め込み型デバイスから新生児の健康を追跡するパッチまで、ロジャーズ氏は、新しいツールが私たちの基本的な生物学をよりよく理解するのに役立つ多くの方法があると言います。
「それは、発見指向の学術研究を行うための本当に豊かで広いスペースです」とロジャーズは言います。 「ある意味、それは結果を伴う一種の科学です。理解を深めれば、患者の直接的な利益と結果の改善、コストの削減、地球の貧困地域での展開可能性により、医療の方法を変革できるテクノロジーの基盤を構築できる可能性があります。」
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