Σύνοψη
- Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο (UCSD) ανέπτυξαν το πρώτο «έξυπνο» δαχτυλίδι που εστιάζει σε βιοχημικούς, αντί για βιοφυσικούς, δείκτες.
- Η συσκευή καταγράφει τα επίπεδα γλυκόζης, κετονών, βιταμίνης C, ουρικού οξέος, αλκοόλ και γαλακτικού οξέος αναλύοντας τον ιδρώτα του δακτύλου.
- Δεν απαιτείται σωματική άσκηση για την παραγωγή ιδρώτα, καθώς ενσωματώνει μια ειδική οσμωτική υδρογέλη που συλλέγει το υγρό εντελώς ανώδυνα.
- Στις πρώτες δοκιμές με ασθενείς που πάσχουν από διαβήτη τύπου 1, οι μετρήσεις ταυτίστηκαν εντυπωσιακά με αυτές των εμπορικών συστημάτων συνεχούς παρακολούθησης γλυκόζης (CGM).
- Βρίσκεται σε αυστηρά πειραματικό στάδιο, διαθέτει 3D-printed κέλυφος και επαναφορτιζόμενη μπαταρία ψευδαργύρου-οξειδίου του αργύρου, η οποία προσφέρει μέγιστη αυτονομία 12 ωρών.
Τα σημερινά έξυπνα δαχτυλίδια και οι φορετές συσκευές γενικότερα βασίζονται σε μικροσκοπικούς ενσωματωμένους αισθητήρες, όπως οι αισθητήρες φωτός φωτοπληθυσμογραφίας (PPG), για τη συλλογή αυστηρά βιοφυσικών δεδομένων, με χαρακτηριστικά παραδείγματα την καταγραφή του καρδιακού ρυθμού και τον υπολογισμό των επιπέδων οξυγόνου στο αίμα.
Η ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο (UCSD) προχώρησε, ωστόσο, σε μια ουσιαστική υπέρβαση, ανακοινώνοντας τη δημιουργία του πρώτου smart ring που αξιοποιεί τον ιδρώτα των δακτύλων για την παρακολούθηση χημικών βιοδεικτών σε πραγματικό χρόνο. Παρότι η συγκεκριμένη υλοποίηση παραμένει στο στάδιο του πρωτοτύπου, αποδεικνύει την ικανότητα των μελλοντικών φορετών μικροσυσκευών να παρακολουθούν συνεχώς τον ανθρώπινο οργανισμό σε μοριακό επίπεδο, καταργώντας την αποκλειστική εξάρτηση από τα παραδοσιακά βιοφυσικά δεδομένα.
Πώς λειτουργεί το smart ring του UCSD για την παρακολούθηση της υγείας;
Το πρωτότυπο smart ring του Πανεπιστημίου UCSD χρησιμοποιεί μια καινοτόμο οσμωτική υδρογέλη για να συλλέγει παθητικά τον ιδρώτα του χρήστη, χωρίς να απαιτείται σωματική άσκηση. Στη συνέχεια, ενσωματωμένοι ηλεκτροχημικοί αισθητήρες αναλύουν το υγρό για να καταγράψουν με υψηλή ακρίβεια βιοχημικούς δείκτες, όπως η γλυκόζη, οι κετόνες και το γαλακτικό οξύ, μεταδίδοντας άμεσα τα δεδομένα ασύρματα σε μια συνδεδεμένη εφαρμογή smartphone.
Βιοχημική ανάλυση πολλαπλών παραγόντων
Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ερευνητικής ομάδας, το νέο έξυπνο δαχτυλίδι χρησιμοποιεί τον ιδρώτα για να παρακολουθεί συνεχώς έως και τέσσερις από τους ακόλουθους βιοχημικούς δείκτες ταυτόχρονα: συγκεντρώσεις γλυκόζης, κετονών, βιταμίνης C, ουρικού οξέος, γαλακτικού οξέος και αλκοόλ. Η σημασία αυτών των μετρήσεων είναι θεμελιώδης για την κατανόηση του μεταβολισμού. Οι κετόνες, για παράδειγμα, αποτελούν οξέα που παράγονται από το ήπαρ όταν αυτό διασπά το λίπος αντί για τη γλυκόζη, αποτελώντας κρίσιμο δείκτη για όσους ακολουθούν ειδικές διατροφικές αγωγές ή αντιμετωπίζουν μεταβολικές διαταραχές. Το ουρικό οξύ σχηματίζεται κατά τη διάσπαση χημικών ουσιών που ονομάζονται πουρίνες και εντοπίζονται σε τροφές όπως το κόκκινο κρέας και τα θαλασσινά, ενώ το γαλακτικό οξύ δημιουργείται από τον οργανισμό κατά τη διάσπαση των υδατανθράκων για την άμεση παραγωγή ενέργειας.
Η τεχνολογία της οσμωτικής υδρογέλης
Ένα από τα σημαντικότερα τεχνικά εμπόδια στην ανάλυση ιδρώτα μέσω φορετών συσκευών υπήρξε ιστορικά η ανάγκη για έντονη σωματική προσπάθεια ώστε να παραχθεί επαρκής ποσότητα υγρού. Οι συγγραφείς της μελέτης παρακάμπτουν εντελώς αυτή την απαίτηση. Ο πρώτος συγγραφέας της έρευνας και μεταδιδακτορικός ερευνητής του UCSD, Tamoghna Saha, ανέπτυξε ένα οσμωτικό υδροτζέλ, το οποίο περιγράφεται ως ένα μαλακό πολυμερές που αξιοποιεί μια εντελώς ανώδυνη διαβάθμιση πίεσης για να αντλήσει παθητικά τον ιδρώτα από την επιδερμίδα. Οι ηλεκτροχημικοί αισθητήρες στο εσωτερικό του έξυπνου δαχτυλιδιού αναλύουν επαναλαμβανόμενα το εκκρινόμενο υγρό για να βαθμονομήσουν το σύστημα και να δημιουργήσουν ακριβείς τιμές συγκέντρωσης, οι οποίες στη συνέχεια προωθούνται μέσω ασύρματης σύνδεσης στην εφαρμογή ελέγχου.
Αρχιτεκτονική, μπαταρία και κατασκευαστικοί περιορισμοί
Στο εσωτερικό του τρισδιάστατα εκτυπωμένου εξωτερικού κελύφους από πολυμερές υλικό φιλοξενείται μια ηλεκτρονική πλακέτα με μέγεθος μικρότερο από ένα νόμισμα. Η τροφοδοσία του συστήματος εξασφαλίζεται μέσω μιας ειδικά κατασκευασμένης, εύκαμπτης και επαναφορτιζόμενης μπαταρίας ψευδαργύρου-οξειδίου του αργύρου, η οποία επιτυγχάνει μέγιστη διάρκεια χρήσης δώδεκα ωρών μεταξύ των κύκλων φόρτισης. Αυτός ο περιορισμός της αυτονομίας αποτελεί ίσως την πιο χαρακτηριστική διαφορά μεταξύ του ερευνητικού μοντέλου και των υφιστάμενων καταναλωτικών προϊόντων. Όταν εξετάζουμε συσκευές όπως το Oura Ring που προσφέρει αυτονομία οκτώ ημερών, γίνεται κατανοητό πως η συγκεκριμένη μπαταρία απαιτεί ριζική εξέλιξη πριν μεταφερθεί στην εμπορική παραγωγή.
Η διαχείριση του διαβήτη και η ακρίβεια των μετρήσεων
Το κοινό στο οποίο απευθύνεται η τεχνολογία διευρύνεται πολύ πέρα από τους απλούς λάτρεις της ευεξίας. Η επιστημονική ομάδα υποστηρίζει ότι η συσκευή θα μπορούσε να προσφέρει μια πληρέστερη εικόνα σε πραγματικό χρόνο για την κατάσταση του ανθρώπινου οργανισμού, με τον πιο σημαντικό αντίκτυπο να εστιάζεται στα άτομα που διαχειρίζονται διαβήτη τύπου 1. Ο Joseph Wang, καθηγητής στο τμήμα Χημικής Μηχανικής και Νανομηχανικής του UCSD, επιβεβαιώνει πως η ικανότητα του δαχτυλιδιού να παρακολουθεί ταυτόχρονα και αδιάκοπα τη γλυκόζη και τις κετόνες διευκολύνει εξαιρετικά τον βέλτιστο υπολογισμό της δόσης ινσουλίνης. Κατά τη διάρκεια εκτεταμένων κλινικών δοκιμών, τόσο με υγιή άτομα όσο και με ασθενείς, οι μετρήσεις γλυκόζης από το έξυπνο δαχτυλίδι παρουσίασαν εντυπωσιακή ταύτιση με τις ενδείξεις των εμπορικών μόνιτορ συνεχούς παρακολούθησης (CGM), επαληθεύοντας την αξιοπιστία της χημικής ανάλυσης.