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Un team di ricercatori della Cal Tech guidato da Wei Gao, un professore di ingegneria biomedica, ha sviluppato un sensore indossabile che monitora i livelli di metaboliti e nutrienti nel sangue di una persona analizzandone il sudore.I precedenti sensori del sudore miravano principalmente a composti che appaiono in alte concentrazioni, come elettroliti, glucosio e lattato.Questo nuovo è più sensibile e rileva i composti del sudore a concentrazioni molto più basse.È anche più facile da produrre e può essere prodotto in serie.
L'obiettivo del team è un sensore che consenta ai medici di monitorare continuamente le condizioni dei pazienti con malattie come malattie cardiovascolari, diabete e malattie renali, che mettono tutti livelli anormali di nutrienti o metaboliti nel flusso sanguigno.I pazienti starebbero meglio se il loro medico sapesse di più sulle loro condizioni personali e questo metodo evita test che richiedono aghi e prelievi di sangue.
"Tali sensori di sudore indossabili potrebbero catturare rapidamente, continuamente e in modo non invasivo i cambiamenti della salute a livello molecolare", afferma Gao.“Potrebbero rendere possibili il monitoraggio personalizzato, la diagnosi precoce e un intervento tempestivo.â€
Il sensore si basa sulla microfluidica che manipola piccole quantità di liquidi, di solito attraverso canali larghi meno di un quarto di millimetro.I microfluidici sono ideali per un'applicazione perché riducono al minimo l'influenza dell'evaporazione del sudore e della contaminazione della pelle sulla precisione del sensore.Poiché il sudore appena erogato scorre attraverso i microcanali del sensore, misura accuratamente la composizione del sudore e cattura i cambiamenti di concentrazione nel tempo.
Fino ad ora, affermano Gao e i suoi colleghi, i sensori indossabili basati sulla microfluidica erano per lo più fabbricati con un approccio di litografia-evaporazione, che richiede processi di fabbricazione complicati e costosi.Il suo team ha deciso di realizzare i suoi biosensori dal grafene, una forma simile a un foglio di carbonio.Sia i sensori a base di grafene che i canali microfluidici sono creati incidendo i fogli di plastica con un laser ad anidride carbonica, un dispositivo così comune da essere disponibile per gli hobbisti domestici.
Il team di ricerca ha progettato il suo sensore per misurare anche la frequenza respiratoria e cardiaca, oltre ai livelli di acido urico e tirosina.La tirosina è stata scelta perché può essere un indicatore di disturbi metabolici, malattie del fegato, disturbi alimentari e condizioni neuropsichiatriche.L'acido urico è stato scelto perché, a livelli elevati, è associato alla gotta, una condizione articolare dolorosa in aumento a livello globale.La gotta si verifica quando alti livelli di acido urico nel corpo iniziano a cristallizzarsi nelle articolazioni, in particolare quelle dei piedi, causando irritazione e infiammazione.
Per vedere le prestazioni dei sensori, i ricercatori lo hanno testato su individui e pazienti sani.Per controllare i livelli di tirosina nel sudore che sono influenzati dalla forma fisica di una persona, hanno utilizzato due gruppi di persone: atleti allenati e individui di forma fisica media.Come previsto, i sensori hanno mostrato livelli più bassi di tirosina nel sudore degli atleti.Per controllare i livelli di acido urico, i ricercatori hanno monitorato il sudore di un gruppo di individui sani che stava digiunando e anche dopo che i soggetti avevano mangiato un pasto ricco di purine, composti del cibo che vengono metabolizzati in acido urico.Il sensore ha mostrato livelli di acido urico in aumento dopo il pasto.Il team di Gao ha eseguito un test simile con i pazienti con gotta.Il sensore ha mostrato che i loro livelli di acido urico erano molto più alti di quelli delle persone sane.
Per verificare l'accuratezza dei sensori, i ricercatori hanno prelevato e controllato campioni di sangue da pazienti con gotta e soggetti sani.Le misurazioni dei sensori dei livelli di acido urico erano fortemente correlate con i livelli di esso nel sangue.
Gao afferma che l'elevata sensibilità dei sensori, insieme alla facilità con cui possono essere prodotti, significa che potrebbero essere eventualmente utilizzati dai pazienti a casa per monitorare condizioni come la gotta, il diabete e le malattie cardiovascolari.Avere informazioni accurate in tempo reale sulla propria salute potrebbe persino consentire ai pazienti di regolare i livelli di farmaci e la dieta secondo necessità.
Tempo di pubblicazione: 12-dic-2019