聪明的纹身

这是众所周知,体液窗口进入我们的健康状态。例如,古希腊医生希波克拉底将倒尿在地上,看它是否吸引昆虫,如果这样做里会诊断出患有疮。到19世纪,专业实验室住房日益复杂的诊断技术研究尿液和血液样本已经开始出现。这些实验室今天保持体液的主要模型诊断,但做的,然而,有一个主要缺点——速度。必须收集样品,送到实验室,等待结果。

到了二十世纪中期,更快的选择开始开发——体液诊断测试能够在病人床边或病人本身。尿液试纸上市在1950年代末,紧随其后的是便携式血糖仪在1970年。这些葡萄糖测定仪彻底改变了糖尿病护理,但频繁的手指戳破了病人的需要。

圣杯是一种非强制性的方式获得实时信息

Amay Bandodkar,北卡罗莱纳州立大学、美国

Flash血糖检测仪,介绍了在2010年代中期,重温患者再次改变了糖尿病护理的需要产生的血液样本。雅培的自由泳自由泳Flash葡萄糖监测系统是一种电化学传感器,位于上臂。这是一个35毫米直径电子贴片用小铁丝穿透皮肤达到下面的组织液。连接主机固定葡萄糖氧化酶的酶氧化组织液中葡萄糖,生化事件,并成一个电流大小成比例的血糖浓度。该设备只需要更换每两周和阅读都由拿着智能手机的补丁。

诊断是设备的圣杯(就像flash葡萄糖监测),提供信息在实时基础上不断移动的方式,“说Amay Bandodkar,可穿戴传感器专家在美国北卡州立大学。它更用户友好的和收集更多的数据比任何其他方法,他补充道。

Bandodkar和其他人正在朝着类似设备,坐在或者仅仅是皮肤下收集信息从体液,范围从药物代谢物水平水化状态暴露于紫外线(UV)。

血液分析补丁

凯文Plaxco集团在加州大学圣芭芭拉,我们正在开发传感器flash葡萄糖传感器技术在设计上类似。目的是使治疗药物监测(测量血药水平允许剂量调整)一样方便的测量对糖尿病患者的血糖水平。

的医学原理测量药物在体内是明确的。目前临床医生使用差,间接预测代谢定义药物剂量,Plaxco解释道。我们谈论某人的胳膊上拍打一个设备,给他们一个药丸,然后实时测量他们的特定的代谢。

Plaxco的传感器有一个电子产品贴片在外面附加到3毫米薄丝,放入静脉在皮肤表面附近。外补丁是由合作者紧密复制——在外观和功能——flash葡萄糖监测器。同时,Plaxco集中在分子传感。“这是瓶颈,”他解释说。“电子是很好建立。”

他的研究小组正在采用寡核苷酸适配子(短,单链DNA分子)传感分子,而不是使用酶和葡萄糖系统。这将打开技术更广泛的生物目标不仅仅是那些有合适的酶,Plaxco说。理论上,利用寡核苷酸适配子我们可以对任何水溶性目标识别元素。寡核苷酸适配子的设计,这样他们只折当绑定到它的目标。我们已经开发出一种电化学方法折叠的监测报告目标的存在,”他说。

药物的折叠寡核苷酸适配子已经设计包括两个化疗药物和三个抗生素。抗生素万古霉素和卡那霉素,研究者还——老鼠——传感器变成一个封闭的循环系统,信息输入到一个泵,然后释放所需的药物剂量。Plaxco说,他正在与商业伙伴制定这些传感器到原型适合临床测试,但说没有时间表。

别担心

汗水是另一个拥有珍贵的体液的信息。汗水是吸引我们的原因,您可以捕获它出现的毛孔表面的皮肤,没有任何损坏或渗透,”解释说约翰·罗杰斯在伊利诺伊州西北大学的我们。

汗水传感器开始让他们的市场。GX汗水补丁,例如,确定水合状态,将在今年晚些时候出版。这一次性补丁正在制造子公司Epicore生物系统(由罗杰斯创立),与佳得乐合作,美国运动饮料品牌。

佳得乐补丁已经在与皮肤接触直接入口汗水在微流体通道。汗腺是水泵把汗水之外的身体,“Bandodkar解释道。补丁是这样设计的,自然压力抽出足够的汗水滴直接通道内的流体。

有两个渠道:一个蜿蜒的补丁一个连续测量出汗率和一个用于氯离子损失。出汗率,通道包含一个色度指标,改变颜色当螯合水——多远从颜色变化的入口沿路径发生提供定量信息在佩戴者的出汗率。第二个通道有一个指标,与氯离子复合物,给一个不同的颜色。智能手机应用程序分析了颜色变化,并通知使用者佳得乐饮料将优化他们的水合作用在运动。我认为(补丁)将接受核心运动员获得感兴趣的小优势竞争,”罗杰斯说。

权力了

罗杰斯和他的合作者Bandodkar已经开发出一种修改版的和额外的电化学设备组件,使色变分析更准确的反应比单靠肉眼或智能手机相机。这些更精确的测量打开应用程序超出健康监控等关键的病人,Bandodkar解释道。

纹身是传感界面

弗朗西斯科•格列柯,奥地利格拉茨技术大学

这种混合动力装置设计的重大挑战是如何功率传输的过程的电化学数据智能手机不需要笨重的电池。团队把灵感来自生物燃料电池开发自供电的系统。自发产生的酶反应电压信号中的生物标志物浓度成正比的汗水可以轻松捕获和无线传播battery-free时尚,佩戴者的智能手机通过近距离通信技术——这是相同的无线技术,用于无线电力智能手机,“Bandodkar解释道。

这些混合斑块有两层——较低,可支配微流控模块和一个可重用的电子模块之上。这些补丁目前正在试用一种轻量级替代当前汗试验装置用于囊性纤维化诊断新生儿。囊性纤维化患者有更多的氯比那些没有在他们的汗水。

营养是关键

约瑟王教授和他的团队在加州大学圣地亚哥分校在美国也在开发混合微流控和汗水监测电化学补丁。这些设备——像罗杰的一次性微流控组件和一个可重用的,灵活的电子部分。但是他们不使用变色反应,而显示器通过酶葡萄糖的氧化和其他物种。他们还需要一个电池。

王也让另一个版本的可支配组件,相关酶的固定传感器上印在可溶性淀粉和糊精。氧化相关的酶生成一个电流强度与血液中相关的分析物的量。

这些设备的可溶解的纸是相同的材料用于临时纹身爱世界各地的孩子们;它们被应用将对皮肤和润湿溶解淀粉/糊精组件和激活胶粘剂。临时tattoo-delivered传感器更灵活、更轻的重量和更便宜的生产比微流控的,王解释说。原型创建到目前为止包括那些酒精氧化酶类,用于检测酒精含量,和抗坏血酸盐氧化酶类,用于监视维生素C。

这些传感器也有一个内置的工具诱导汗,与微流体传感器设计用于在运动。这个工具是两个石墨墨水(铑分散粒子)电极,用少量的sweat-simulating药物毛果芸香碱在阳极上。当电子模块通过一个小电流通过电极,毛果芸香碱传递到皮肤上。

维生素C传感器正在开发与DSM营养产品在瑞士。其他维生素可能也被监控由固定不同的酶在同一设备,王说。这是一个走向个性化的营养。“没有上市时间表被发现对这些传感器。

吸收太阳

LogicInk,在旧金山,我们,是另一个实体发展中临时tattoo-delivered传感器。公司对于其背后的科学是守口如瓶传感器,除了显示传感器的传感分子被雇佣包括DNA纳米颗粒。“并不是所有的传感器,我们正在涉及DNA纳米技术,但总的来说,这对我们是一个大的重点领域,“LogicInk创始人卡洛斯Olguin解释道。他的学术合作者亨德里克·迪茨包括DNA nanotechnologist在德国慕尼黑技术大学。

2020年夏天,LogicInk软启动了第一次纹身——紫外线传感器监测累积的紫外线照射。最初的深蓝色,纹身亮粉色,当佩戴者的日常接触已经达到世界卫生组织设定的水平为敏感皮肤。这意味着它将粉色之前你的皮肤。

一个空气污染(PM2.5)传感器的一个类似的设计原型,从汗水正在从事提供信息。传感器直接与皮肤和改变形状或颜色,提醒你的兴趣你的身体条件,如水合作用的水平,是我们当前正在处理的东西,“Olguin说。

感觉电

临时tattoo-delivered设备还可以用于收集从人体电生理信息。弗朗西斯科·格列柯的小组在奥地利格拉茨技术大学开创了这一概念生产超细电极配线患者电生理仪器。

集团喷墨印刷导电聚合物电极上可溶解的纸,直接替代笨重的电极通常使用。纹身是传感界面。处理、采集和传输的数据通常是通过硬件用于医院,“希腊解释道。

这些电极的优势现状包括舒适和功能。当你放置一个刚性的金属电极上的皮肤,实际接触面积较低。有一个刚度问题,希腊说。出于这个原因,凝胶通常应用于电极但这短时间后会变干。相比之下,他解释道,新的电极电极超薄(在1µm),高度灵活和紧紧粘在皮肤表面使其更舒适和更准确。测量质量也得益于这样一个事实导电聚合物油墨混合导体,他补充道。这行为会,作为一个电子导体和离子导体。

电生理技术的电极检测到目前为止包括肌电图(评价肌肉的肌电活动),心电描记法(对心脏电活动)和脑电图(脑电活动)。希腊说,他们在与公司商业化这些电极。他还与Graz-based设计师合作脑-机接口的评估使用的电极装置,允许人们与计算机交互使用单独的大脑活动。

将皮肤下

但如果不是取代笨重的遥感工具和那些你几乎能感觉到皮肤,你走一步,把皮肤下的传感器?两个研究小组现在开始探索这个想法。这些都需要灵感来自传统纹身颜料粒子注入皮肤下使用纹身枪。

我们做功能显微移植,真皮和赋予一些功能或健康的好处,”卡森布鲁斯解释说,博尔德的科罗拉多大学的纳米材料教授我们。他开发了一种功能纹身包含紫外线感应分子机器装在塑料外壳内,这是紫外线照射监测注入真皮层。

紫外传感分子的分子开关,当它吸收紫外光子,就会发生结构变化,使它从无色到蓝色的,布鲁斯说。“紫外线越多,越蓝色纹身。“智能手机照片和算法量化风险,一旦紫外线水平又有减弱,分子将切换回无色状态。到目前为止,这些功能纹身一直在测试体外猪皮和布鲁斯。我们资助在现场测试这些啮齿动物模型,所以我们要做的,今年,“他补充说。

需要10 - 20年智能纹身被批准使用

阿里Yetisen,伦敦帝国理工学院,英国

同时,阿里Yetisen伦敦帝国理工学院,英国,重点是功能性纹身监控条件等体内血糖水平和水化状态。我们已经创建了一个的化合物可以直接刺在皮肤和与生物标志物在组织液或细胞外基质提供定量信息的身体条件,”他说。

葡萄糖传感纹身是多组分的。首先,葡萄糖氧化酶氧化葡萄糖生成过氧化氢,然后氧化tetramethylbenzidine(的帮助下酶peroxidise)形成一个蓝绿色的分子。这种颜色变化是肉眼可见,智能算法提供定量信息。

然而,水化传感器不触发一个可见的变化;这种荧光对电解质的反应。冠醚(环化合物包含几个醚组)时发出荧光螯合与某些离子传感分子。三个不同的冠醚都包含在每个传感器——那些捕获质子(pH值给信息),钠和钾离子。这些纹身需要便携设备和光学过滤器使智能手机能够读出这些信息。

既不燃烧也不Yetisen期望他们的功能性油墨可在当地的纹身店或药房很快。需要10到20年开发这些,让他们批准使用,Yetisen说。但到那时,大多数研究人员都认为传感装置贴在皮肤表面的地方会多如fitbit和苹果手表今天和将为我们提供一个几乎难以想象的深刻洞察的运作我们的身体。

尼娜Notman位于索尔兹伯里的科学作家,英国