Urządzenie zasilane potem ma potencjał, aby uczynić ciągły, spersonalizowany monitoring zdrowia tak łatwym, jak noszenie plastra. Inżynierowie z University of California w San Diego opracowali elektroniczną opaskę na palec, która monitoruje kluczowe poziomy substancji chemicznych — takich jak glukoza, witaminy, a nawet leki — obecnych w tym samym pocie na czubku palca, z którego czerpie energię.
Zaliczka została opublikowana 3 września w Elektronika przyrodnicza przez grupę badawczą Josepha Wanga, profesora z Wydziału Inżynierii Chemicznej i Nanoinżynierii im. rodziny Aiiso Yufeng Li na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego.
Urządzenie, które ściśle przylega do palca, czerpie energię z mało prawdopodobnego źródła – potu z czubka palca. Czubki palców, pomimo niewielkich rozmiarów, należą do najbardziej płodnych producentów potu w ciele, każdy z nich zawiera ponad tysiąc gruczołów potowych. Gruczoły te mogą produkować od 100 do 1000 razy więcej potu niż większość innych obszarów ciała, nawet w stanie spoczynku. Ten stały strumień naturalnego potu – bez żadnych bodźców ani aktywności fizycznej – oferuje niezawodne źródło energii, zasilając urządzenie nawet w okresach bezczynności lub snu.
Urządzenie zbudowano z kilku elektronicznych komponentów wydrukowanych na cienkim, elastycznym i rozciągliwym materiale polimerowym. Jego konstrukcja pozwala mu dopasować się do palca, a jednocześnie jest wystarczająco wytrzymały, aby wytrzymać wielokrotne zginanie, rozciąganie i ruch. „Opiera się na niezwykłej integracji komponentów zbierających i magazynujących energię, z wieloma biosensorami w mikrokanaliku płynowym, wraz z odpowiednim kontrolerem elektronicznym, wszystko na czubku palca” — powiedział Wang.
Centralnym elementem jego działania są ogniwa biopaliwowe, które są umieszczone w miejscu, w którym urządzenie styka się z opuszką palca. Ogniwa te zostały specjalnie zaprojektowane, aby skutecznie zbierać i przekształcać substancje chemiczne zawarte w pocie w energię elektryczną. Energia elektryczna jest przechowywana w parze rozciągliwych baterii chlorkowo-cynkowych, które zasilają zestaw czujników — łącznie cztery — z których każdy ma za zadanie monitorowanie określonego biomarkera: glukozy, witaminy C, mleczanu i lewodopy, leku stosowanego w leczeniu choroby Parkinsona. Gdy pot jest przesączany przez maleńkie papierowe mikroprzepływowe kanały do tych czujników, urządzenie analizuje poziomy biomarkerów, jednocześnie pobierając potrzebną energię z samego potu, który pobiera. Mały układ przetwarza sygnały z czujników i bezprzewodowo przesyła dane za pomocą technologii Bluetooth Low Energy do specjalnie zaprojektowanej aplikacji na smartfony lub laptopy.
„To automatyczne monitorowanie zdrowia na wyciągnięcie ręki” – powiedział współautor pierwszego badania Shichao Ding, badacz podoktorancki w grupie badawczej Wanga w UC San Diego Jacobs School of Engineering. „Użytkownik może odpoczywać lub spać, a urządzenie nadal może zbierać energię i śledzić poziomy biomarkerów”.
Podczas testów osoba badana nosiła urządzenie przez cały dzień, aby monitorować poziom glukozy podczas posiłków, poziom mleczanu podczas pracy przy biurku i ćwiczeń, poziom witaminy C podczas picia soku pomarańczowego i poziom lewodopy po spożyciu bobu, naturalnego źródła tego związku.
Ding i współautorka Tamoghna Saha twierdzą, że urządzenie można dostosować do indywidualnych potrzeb zdrowotnych, wykrywając różne zestawy biomarkerów. Naukowcy pracują nad opracowaniem systemu zamkniętej pętli, który nie tylko monitoruje biomarkery, ale także stosuje leczenie na podstawie zebranych danych. Na przykład w przypadku cukrzycy takie urządzenie mogłoby stale monitorować poziom glukozy i automatycznie dostarczać insulinę w razie potrzeby, a następnie oceniać skuteczność leczenia poprzez dalsze monitorowanie poziomów biomarkerów.
„Autonomiczne zasilanie, wykrywanie i leczenie w jednym urządzeniu – to jest ostateczny cel” – powiedział Ding.
