แพทช์ใหม่ที่ยืดหยุ่นสามารถช่วยติดตามสุขภาพของคุณผ่านเหงื่อ

Sungbong Kim, Roozbeh Ghaffari, John A. Rogers

ประเด็นที่สำคัญ

• นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างอุปกรณ์ตรวจจับเหงื่อในรูปแบบของแผ่นแปะกาวที่กันน้ำบางและยืดหยุ่นได้
• อุปกรณ์นี้สามารถวิเคราะห์เหงื่อเพื่อหาสารชีวเคมีเช่นคอร์ติซอลกลูโคสวิตามินซีและคลอรีน
• สามารถวัดเครื่องหมายทางสรีรวิทยาที่สำคัญเพื่อช่วยให้ผู้คนตรวจสอบสุขภาพการแข่งขันกีฬาและแม้กระทั่งประสิทธิภาพทางทหาร

เหงื่อเพียงหยดเดียวก็เผยให้เห็นร่างกายของคนเราได้มากมาย ตอนนี้การทำความเข้าใจองค์ประกอบหลักบางอย่างของชีวเคมีของคุณอาจทำได้ง่ายเพียงแค่ตบแผ่นกาวแล้วรูดเข้าไปใกล้สมาร์ทโฟนของคุณ

ในกระดาษที่ตีพิมพ์ในสัปดาห์นี้ในการดำเนินการของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติทีมนักวิจัยได้ประกาศการพัฒนาแผ่นแปะที่บางและยืดหยุ่นซึ่งสามารถรวบรวมและวิเคราะห์เหงื่อในปริมาณเล็กน้อยได้แบบเรียลไทม์

“ ระบบไมโครฟลูอิดิกแบบอ่อนที่ดักจับจัดเก็บและทำการวิเคราะห์ไบโอมาร์คเกอร์ของปริมาณเหงื่อไมโครลิตรในแหล่งกำเนิดขณะที่มันโผล่ออกมาจากผิวผิวหนังเป็นตัวแทนของเทคโนโลยีที่สวมใส่ได้รุ่นใหม่พร้อมความสามารถอันทรงพลังที่ช่วยเสริมอุปกรณ์ตรวจจับทางชีวฟิสิกส์แบบดั้งเดิม ” ผู้เขียนบทความเขียน

แผ่นแปะนี้ใช้เคมีเปลี่ยนสีเพื่อวัดระดับน้ำตาลกลูโคสแลคเตทคลอรีนคอร์ติซอลและอื่น ๆ ของผู้สวมใส่ สิ่งเหล่านี้สามารถช่วยประเมินองค์ประกอบต่างๆของสุขภาพของบุคคลเช่นระดับความชุ่มชื้นและความเครียด

“ สิ่งที่เราพยายามทำคือการพัฒนาชุดเทคโนโลยีที่สามารถแสดงผลในรูปแบบของสติกเกอร์ได้” จอห์นโรเจอร์สผู้เขียนร่วมปริญญาเอกศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวการแพทย์วัสดุศาสตร์และการผ่าตัดระบบประสาทที่ Northwestern University บอก VeryWell “ นี่เป็นเครื่องหมายระดับสูงสำหรับเราในแง่ของขอบเขตการทำงานในอุปกรณ์ประเภทนั้น”

สิ่งนี้หมายถึงอะไรสำหรับคุณ

แผ่นแปะกาวจะพร้อมใช้งานสำหรับผู้บริโภคในเร็ว ๆ นี้เพื่อใช้ในการแข่งขันกีฬาและโภชนาการ อุปกรณ์ตรวจจับเหงื่อมีความสามารถในการทดสอบเมตริกด้านสุขภาพหลายรายการและสามารถรวมเข้ากับอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้เช่น smartwatches ในเร็ว ๆ นี้

วิธีการทำงานของโปรแกรมแก้ไข

การตรวจเลือดเป็นวิธีการทั่วไปในการเก็บข้อมูลเกี่ยวกับสารชีวเคมีที่สำคัญบางอย่างเช่นโซเดียมโพแทสเซียมคลอไรด์และยูเรีย อย่างไรก็ตามกระบวนการนี้เป็นการรุกรานเนื่องจากต้องใช้การแทงผิวหนังหรือเจาะด้วยเข็มฉีดยา สิ่งนี้ทำให้น่าสนใจน้อยลงเมื่อเป็นกระบวนการประจำ

ในทางกลับกันเหงื่อสามารถเก็บได้จากผิวโดยไม่มีการกระทำใด ๆ ที่รุกราน และยังมีสารชีวเคมีจำนวนมากที่มีประโยชน์สำหรับการทำความเข้าใจและสร้างผลลัพธ์ด้านสุขภาพ

ในอดีตการสะสมเหงื่อเป็นสิ่งที่ท้าทายอย่างยิ่ง บางครั้งการขูดออกจากผิวหนังด้วยเครื่องมือไม่ต่างจากไม้ปาดน้ำ ในการแทะเล็มผิวหนังวัสดุเช่นเซลล์ผิวหนังสิ่งสกปรกและน้ำมันอาจก่อให้เกิดมลพิษต่อตัวอย่างโดยไม่ได้ตั้งใจ

อุปกรณ์ใหม่นี้ใช้เทคโนโลยีไมโครฟลูอิดิกเพื่อขับเหงื่อจำนวนเล็กน้อยผ่านช่องทางเล็ก ๆ วาล์วและแหล่งกักเก็บในแพทช์ เมื่อเหงื่อถูกปล่อยออกมาจากรูขุมขนในผิวหนังจะไหลผ่านทางเดินเหล่านี้และทำปฏิกิริยากับการทดสอบซึ่งเป็นส่วนประกอบในการวัดองค์ประกอบของสารเคมีจากเหงื่อ แผ่นแปะที่อยู่กับที่นี้ไม่เพียง แต่ทำให้มั่นใจได้ว่าตัวอย่างเหงื่อนั้นบริสุทธิ์ แต่ยังช่วยให้สามารถวิเคราะห์ได้แบบเรียลไทม์อีกด้วย

“ แพลตฟอร์มไมโครฟลูอิดิกเหล่านี้ได้เปลี่ยนโปรโตคอลที่คุณสามารถใช้เพื่อศึกษาเกี่ยวกับเหงื่อได้” โรเจอร์สซึ่งเป็นผู้อำนวยการผู้ก่อตั้ง Center on Bio-Integrated Electronics กล่าว

แพทช์ค่อนข้างไม่เด่นสำหรับผู้สวมใส่ เหตุผลหนึ่งสำหรับขนาดที่เล็กและโครงสร้างที่ยืดหยุ่นคือแพทช์ไม่มีแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ แต่จะขับเคลื่อนผ่านการโต้ตอบกับสมาร์ทโฟน

การควบคุมเทคโนโลยีการสื่อสารระยะใกล้ที่เปิดใช้งานฟังก์ชันต่างๆเช่นการชำระเงินแบบไร้สายแพทช์และสมาร์ทโฟนสามารถแลกเปลี่ยนพลังงานและข้อมูลได้อย่างมีประสิทธิภาพ แพตช์นี้รับพลังงานแบบไร้สายโดยใช้คลื่นวิทยุจากโทรศัพท์และข้อมูลเกี่ยวกับเหงื่อเช่นปริมาณที่สะสมและการแต่งหน้าทางเคมีจะถูกสื่อสารกลับไปยังโทรศัพท์

อุปกรณ์จะต้องอยู่ใกล้กับสมาร์ทโฟนเพื่อให้ใช้งานได้ซึ่งหมายความว่าผู้ใช้จะต้องปัดโทรศัพท์ใกล้กับแพตช์เพื่อรับพลังงาน แต่โรเจอร์สกล่าวว่านักวิทยาศาสตร์สามารถพัฒนาอุปกรณ์ที่มีเสาอากาศขนาดใหญ่ขึ้นซึ่งสามารถติดตั้งบนจักรยานออกกำลังกายเพื่อให้อ่านข้อมูลได้อย่างต่อเนื่องมากขึ้น

เหงื่อบอกอะไรเราได้บ้าง

การสะสมเหงื่อแบบไม่รุกรานจะมีประโยชน์มากโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับผู้ที่ต้องอาศัยการตรวจเลือดเป็นประจำเพื่อวัดสถานะสุขภาพของตนเอง

“ ข้อเสียคือไม่มีใครรู้เรื่องเหงื่อมากนัก” โรเจอร์สกล่าว “ มีส่วนประกอบทางเคมีเหล่านี้ซึ่งเป็นที่ทราบกันดี แต่การที่มันขัดแย้งกับเลือดเป็นคำถามการวิจัยที่น่าสนใจและเราอยู่ตรงกลางของสิ่งนั้น”

กลุ่มวิจัยของเขากำลังทำงานร่วมกับทีมแพทย์โรคหัวใจที่โรงพยาบาล Lurie Children’s Hospital ในชิคาโกเพื่อทำความเข้าใจว่าสารบ่งชี้ทางชีวภาพในเหงื่อเปรียบเทียบกับคนในเลือดได้ดีขึ้นอย่างไร ตัวอย่างเช่นทั้งเหงื่อและเลือดมีกลูโคส นักวิจัยจะวัดระดับในทั้งสองตัวอย่างและประเมินว่าทั้งสองมีความสัมพันธ์กันอย่างไรเพื่อให้เซ็นเซอร์วัดเหงื่อมีความแม่นยำและเป็นประโยชน์มากขึ้น

การวัดว่าคอร์ติซอลเช่นเดียวกับกลูโคสและวิตามินซีถูกปล่อยออกมาในร่างกายทางเหงื่อยังสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับสุขภาพจิตและความเครียดทางร่างกายของผู้สวมใส่ คอร์ติซอลถูกปล่อยออกมาเพื่อตอบสนองต่อความเครียดทางร่างกายและจิตใจและสามารถกระตุ้นการบริโภคกลูโคสเมื่อร่างกายเริ่มตอบสนองต่อการต่อสู้หรือการบิน นอกจากนี้ระดับคอร์ติซอลที่เพิ่มขึ้นยังเชื่อมโยงกับสภาวะต่างๆเช่นโรคอ้วนเบาหวานความดันโลหิตสูงและภาวะซึมเศร้า

ผู้เขียนหวังเป็นอย่างยิ่งว่าการติดตามสารชีวเคมีเหล่านี้ผ่านทางเหงื่อจะนำไปสู่ความเข้าใจที่ดีขึ้นว่าคอร์ติซอลกลูโคสและวิตามินซีมีปฏิกิริยาอย่างไร

วิธีการใช้อุปกรณ์ตรวจจับเหงื่อ

นาฬิกาสมาร์ทวอทช์รุ่นปัจจุบันเช่น Apple Watch และ Fitbit มีเครื่องมือในการวัดอัตราการเต้นของหัวใจการเคลื่อนไหวและระดับออกซิเจนในเลือด เพื่อให้ก้าวไปไกลกว่าการวัดทางกายภาพเหล่านี้การเพิ่มเซ็นเซอร์เหงื่อจะช่วยให้ผู้ใช้สามารถติดตามคุณสมบัติทางชีวเคมีและผลกระทบต่อสุขภาพของผู้ใช้ได้เช่นกัน

“ ฉันมีความรู้สึกว่าในที่สุดผู้เล่นรายใหญ่เหล่านี้ในตลาดจะต้องเผชิญกับการรับรู้เหงื่อเพราะไม่รุกราน” Tolga Kaya, PhD, ผู้อำนวยการโครงการวิศวกรรมที่ Sacred Heart University ในคอนเนตทิคัตกล่าวกับ Verywell “ เมื่อนำไปใช้กับนาฬิกาแล้วก็จะยิ่งใหญ่ขึ้น”

จากการวิจัยของ Rogers และทีมงานของเขา Gatorade ได้พัฒนา GX Sweat Patch ผลิตภัณฑ์นี้เป็นรุ่นที่เรียบง่ายของผลิตภัณฑ์ที่อธิบายไว้ในการศึกษาและทดสอบเฉพาะปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับนักกีฬาเช่นระดับน้ำและอิเล็กโทรไลต์

ผลิตภัณฑ์นี้ได้รับการประกาศผ่านทางโฆษณาในช่วงพักครึ่งของเกม NBA All-Star ในเดือนกุมภาพันธ์และจะวางจำหน่ายในร้านขายเครื่องกีฬาในปีหน้า แพตช์นี้ยังข้ามไปสู่อาณาจักรเสมือนจริงในฐานะผลิตภัณฑ์ในเวอร์ชันล่าสุดของวิดีโอเกม NBA 2K

เทคโนโลยีนี้มีประโยชน์หลายอย่างในวงการกรีฑาและโภชนาการรวมถึงการติดตามการสูญเสียเหงื่อและระดับอิเล็กโทรไลต์

“ คุณสามารถบอกได้ว่ามีใครดื่มน้ำหรือขาดน้ำแบบเรียลไทม์ซึ่งมีประโยชน์มากเพราะเมื่อคุณสังเกตเห็นว่าคุณกระหายน้ำหรือขาดน้ำก็สายไปแล้วที่จะนำกลับมา” Tolga กล่าวซึ่งไม่ได้มีส่วนเกี่ยวข้องกับ กระดาษตะวันตกเฉียงเหนือ “ คุณสูญเสียสมรรถภาพทางจิตสมรรถภาพทางกายค่อนข้างเร็ว”

Rogers และ Tolga กล่าวว่าอุปกรณ์เหล่านี้อาจมีประโยชน์สำหรับกองทัพ เพื่อรักษาสุขภาพของผู้ให้บริการให้ดีขึ้นแพทช์เช่นนี้สามารถประเมินระดับความชุ่มชื้นและระดับคอร์ติซอลเพื่อให้แน่ใจว่าร่างกายและจิตใจมีประสิทธิภาพสูงสุด

ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์เรียนรู้เกี่ยวกับวิธีการสร้างอุปกรณ์ที่อยู่ร่วมกับระบบสิ่งมีชีวิตมีที่ว่างสำหรับความเป็นไปได้ที่เหลือเชื่อ โรเจอร์สกล่าวว่ามีเครื่องมือใหม่ ๆ หลายวิธีที่ช่วยให้เราเข้าใจชีววิทยาพื้นฐานของเราได้ดีขึ้นตั้งแต่อุปกรณ์ปลูกถ่ายสมองไปจนถึงแพทช์เพื่อติดตามสุขภาพของทารกแรกเกิด

“ มันเป็นพื้นที่ที่กว้างขวางและกว้างขวางสำหรับการทำวิจัยทางวิชาการที่มุ่งเน้นการค้นพบ” โรเจอร์สกล่าว “ ในแง่หนึ่งมันเป็นวิทยาศาสตร์ที่มีผลตามมา หากคุณพัฒนาความเข้าใจคุณอาจสามารถสร้างรากฐานสำหรับเทคโนโลยีที่สามารถเปลี่ยนวิธีการดูแลสุขภาพของเราด้วยผลประโยชน์โดยตรงและผลลัพธ์ที่ดีขึ้นสำหรับผู้ป่วยลดค่าใช้จ่ายและความสามารถในการปรับใช้ในพื้นที่ที่ยากไร้ของโลก”