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Un team di ricercatori del Cal Tech guidato da Wei Gao, professore di ingegneria biomedica, ha sviluppato un sensore indossabile che monitora i livelli di metaboliti e nutrienti nel sangue di una persona analizzando 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 affetti da malattie come malattie cardiovascolari, diabete e malattie renali, che immettono 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 del sudore indossabili potrebbero catturare in modo rapido, continuo e non invasivo i cambiamenti nella salute a livello molecolare", afferma Gao."Potrebbero rendere possibile il monitoraggio personalizzato, la diagnosi precoce e l'intervento tempestivo".
Il sensore si basa sulla microfluidica che manipola piccole quantità di liquidi, solitamente attraverso canali di larghezza inferiore a un quarto di millimetro.La microfluidica è ideale per un'applicazione perché riduce al minimo l'influenza dell'evaporazione del sudore e della contaminazione della pelle sulla precisione del sensore.Mentre il sudore appena erogato scorre attraverso i microcanali del sensore, questo misura accuratamente la composizione del sudore e cattura i cambiamenti nelle concentrazioni nel tempo.
Fino ad ora, dicono 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 propri biosensori in grafene, una forma di carbonio simile a un foglio.Sia i sensori a base di grafene che i canali microfluidici vengono creati incidendo i fogli di plastica con un laser ad anidride carbonica, un dispositivo così comune da essere disponibile anche per gli hobbisti domestici.
Il gruppo 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.È stato scelto l’acido urico perché, a livelli elevati, è associato alla gotta, una patologia 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 quanto bene funzionavano i 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 con una 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 stavano digiunando, e anche dopo che i soggetti avevano mangiato un pasto ricco di purine, composti presenti negli alimenti che vengono metabolizzati in acido urico.Il sensore ha mostrato un aumento dei livelli di acido urico dopo il pasto.Il team di Gao ha eseguito un test simile con pazienti affetti da 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 di pazienti affetti da gotta e di soggetti sani.Le misurazioni dei livelli di acido urico effettuate dai sensori erano fortemente correlate con i suoi livelli nel sangue.
Gao afferma che l’elevata sensibilità dei sensori, insieme alla facilità con cui possono essere fabbricati, significa che potrebbero eventualmente essere 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 adattare i livelli di farmaci e la dieta secondo necessità.
Orario di pubblicazione: 12 dicembre 2019