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生体医工学教授ウェイ・ガオ率いるカリフォルニア工科大学の研究チームは、人の汗を分析することで血液中の代謝産物と栄養素のレベルを監視するウェアラブルセンサーを開発した。以前の汗センサーは主に、電解質、グルコース、乳酸塩など、高濃度で現れる化合物をターゲットにしていました。この新しいものはより感度が高く、はるかに低い濃度の汗化合物を検出します。製造も容易で大量生産も可能です。
このチームの目標は、医師が心血管疾患、糖尿病、腎臓病などの病気の患者の状態を継続的に監視できるようにするセンサーであり、これらの病気はいずれも血流中の栄養素や代謝物の異常なレベルをもたらします。担当医師が自分の個人的な状態について詳しく理解しており、この方法により針や採血を必要とする検査が回避できれば、患者はより良い治療を受けるでしょう。
「このようなウェアラブル汗センサーは、分子レベルで健康状態の変化を迅速、継続的、非侵襲的に捕捉できる可能性があります」とガオ氏は言う。「これにより、個別のモニタリング、早期診断、タイムリーな介入が可能になる可能性があります。」
このセンサーは、通常は幅が 4 分の 1 ミリメートル未満のチャネルを通じて少量の液体を操作するマイクロ流体工学に依存しています。マイクロ流体工学は、センサーの精度に対する汗の蒸発や皮膚の汚染の影響を最小限に抑えるため、アプリケーションに最適です。新たに供給された汗がセンサーのマイクロチャネルを流れると、汗の組成が正確に測定され、時間の経過に伴う濃度の変化が捕捉されます。
Gao氏らによると、これまでマイクロ流体ベースのウェアラブルセンサーは主にリソグラフィー蒸着アプローチで製造されており、複雑で高価な製造プロセスが必要だったという。彼のチームは、シート状の炭素であるグラフェンからバイオセンサーを作ることを選択した。グラフェンベースのセンサーとマイクロ流体チャネルはどちらも、二酸化炭素レーザーでプラスチックシートを彫刻することによって作成されます。このデバイスは家庭で愛好家が利用できるほど一般的なデバイスです。
研究チームは、尿酸とチロシンのレベルに加えて、呼吸数と心拍数も測定できるようにセンサーを設計した。チロシンが選ばれたのは、代謝障害、肝疾患、摂食障害、精神神経疾患の指標となる可能性があるためです。尿酸が選ばれたのは、尿酸の濃度が上昇すると、世界的に増加している痛みを伴う関節疾患である痛風と関連があるためです。痛風は、体内の高レベルの尿酸が関節、特に足の関節で結晶化し始めると発生し、炎症や炎症を引き起こします。
センサーがどれだけうまく機能するかを確認するために、研究者は健康な個人と患者を対象にセンサーをテストしました。人の体力に影響される汗のチロシンレベルをチェックするために、彼らは訓練を受けたアスリートと平均的な体力の個人という2つのグループの人々を使用しました。予想通り、センサーはアスリートの汗中のチロシンレベルが低いことを示しました。尿酸値をチェックするために、研究者らは、健康な人のグループが絶食し、また被験者が尿酸に代謝される食物中の化合物であるプリンを豊富に含む食事を食べた後の発汗を監視した。センサーは食後に尿酸値が上昇することを示しました。Gao のチームは痛風患者を対象に同様の検査を実施しました。センサーは、彼らの尿酸値が健康な人の値よりもはるかに高いことを示しました。
センサーの精度を確認するために、研究者らは痛風患者と健康な被験者から血液サンプルを採取して検査した。センサーによる尿酸値の測定値は、血液中の尿酸値と強い相関がありました。
ガオ氏は、センサーの高感度と製造の容易さにより、最終的には自宅の患者が痛風、糖尿病、心血管疾患などの状態を監視するためにセンサーを使用できる可能性があると述べた。自分の健康状態に関する正確なリアルタイム情報が得られれば、患者は必要に応じて薬のレベルや食事を調整できるようになります。
投稿日時: 2019 年 12 月 12 日