Det finns många saker att ogilla med att gå till doktorn:att betala en kopia, sitter i väntrummet, föråldrade tidningar, sjuka människor som hostar utan att täcka munnen. För många, fastän, det värsta med ett läkarbesök är att fastna med en nål. Blodprov är ett beprövat sätt att utvärdera vad som händer med din kropp, men obehaget är oundvikligt. Eller kanske inte, säger Caltech-forskare.

I en ny tidning publicerad i Naturens bioteknik , forskare ledda av Wei Gao, biträdande professor i medicinsk teknik, beskriva en massproducerbar bärbar sensor som kan övervaka nivåerna av metaboliter och näringsämnen i en persons blod genom att analysera deras svett. Tidigare utvecklade svettsensorer riktar sig mest till föreningar som förekommer i höga koncentrationer, såsom elektrolyter, glukos, och laktat. Gaos svettsensor är känsligare än nuvarande enheter och kan upptäcka svettföreningar med mycket lägre koncentrationer, förutom att det är lättare att tillverka, säger forskarna.

Utvecklingen av sådana sensorer skulle göra det möjligt för läkare att kontinuerligt övervaka tillståndet hos patienter med sjukdomar som hjärt-kärlsjukdom, diabetes, eller njursjukdom, som alla resulterar i onormala nivåer av näringsämnen eller metaboliter i blodomloppet. Patienter skulle tjäna på att få sin läkare bättre informerad om sitt tillstånd, samtidigt som man undviker invasiva och smärtsamma möten med injektionsnålar.

"Sådana bärbara svettsensorer har potential att snabbt, kontinuerligt, och icke-invasivt fånga förändringar i hälsa på molekylära nivåer, " säger Gao. "De kan möjliggöra personlig övervakning, tidig diagnos, och ingripande i tid."

Gaos arbete är fokuserat på att utveckla enheter baserade på mikrofluidik, ett namn för teknik som manipulerar små mängder vätskor, vanligtvis genom kanaler som är mindre än en kvarts millimeter breda. Mikrofluidik är idealiska för en applikation av detta slag eftersom de minimerar inverkan av svettavdunstning och hudförorening på avkänningsnoggrannheten. När nytillförd svett rinner genom mikrokanalerna, enheten kan göra mer exakta mätningar av svett och kan fånga tidsmässiga förändringar i koncentrationer.

Tills nu, Gao och hans kollegor säger, mikrofluidikbaserade bärbara sensorer tillverkades mestadels med en litografi-avdunstning, vilket kräver komplicerade och dyra tillverkningsprocesser. Hans team valde istället att göra sina biosensorer av grafen, en arkliknande form av kol. Både de grafenbaserade sensorerna och de små mikrofluidikkanalerna skapas genom att gravera plastarken med en koldioxidlaser, en enhet som nu är så vanlig att den är tillgänglig för hemamatörer.

Forskargruppen valde att låta sin sensor mäta andningsfrekvensen, hjärtfrekvens, och nivåer av urinsyra och tyrosin. Tyrosin valdes eftersom det kan vara en indikator på metabola störningar, leversjukdom, ätstörningar, och neuropsykiatriska tillstånd. Urinsyra valdes eftersom, på förhöjda nivåer, det är förknippat med gikt, ett smärtsamt ledtillstånd som ökar globalt. Gikt uppstår när höga nivåer av urinsyra i kroppen börjar kristallisera i lederna, speciellt fötterna, orsakar irritation och inflammation.

För att se hur bra sensorerna presterade, forskarna körde en serie tester med friska individer och patienter. För att kontrollera svetttyrosinnivåerna, som påverkas av en persons fysiska kondition, de använde två grupper av människor:tränade idrottare och individer med genomsnittlig kondition. Som förväntat, sensorerna visade lägre nivåer av tyrosin i idrottarnas svett. För att kontrollera urinsyranivåerna, de tog en grupp friska individer och övervakade deras svett medan de fastade såväl som efter att de åt en måltid rik på puriner, föreningar i mat som metaboliseras till urinsyra. Sensorn visade att urinsyranivåerna steg efter måltiden. Gaos team utförde också ett liknande test med giktpatienter. Deras urinsyranivåer, sensorn visade, var mycket högre än hos friska människor.

För att kontrollera sensorernas noggrannhet, forskarna tog också blodprover från giktpatienter och friska försökspersoner. Sensorernas mätningar av urinsyranivåer korrelerade starkt med nivåer av substansen i blodet.

Gao säger att sensorernas höga känslighet, tillsammans med den lätthet med vilken de kan tillverkas, innebär att de så småningom kan användas av patienter hemma för att övervaka tillstånd som gikt, diabetes, och hjärt-kärlsjukdomar. Att ha korrekt realtidsinformation om sin hälsa kan till och med tillåta en patient att justera sina egna läkemedelsnivåer och kost efter behov.

"Med tanke på att onormala cirkulerande näringsämnen och metaboliter är relaterade till ett antal hälsotillstånd, informationen som samlas in från sådana bärbara sensorer kommer att vara ovärderlig för både forskning och medicinsk behandling, " säger Gao.

Uppsatsen som beskriver forskningen, betitlad, "En lasergraverad bärbar sensor för känslig detektering av urinsyra och tyrosin i svett, " visas i numret 25 november av Naturens bioteknik .