Senzorul de transpirație portabil monitorizează nivelurile de vitamine în timp real
Un plasture flexibil aplicat pe piele a detectat vitaminele în cantități infime în transpirație și a urmărit modificările nivelurilor de vitamina B9 după consumul de alimente și suplimente, oferind o primă privire asupra monitorizării nutriției personalizate noninvazive.
Un studiu recent publicat în revista Nature Communications prezintă un grup de cercetători care au dezvoltat și validat un dispozitiv purtabil noninvaziv capabil să monitorizeze în timp real mai multe vitamine din transpirația umană pentru o nutriție personalizată.
Peste 2 miliarde de oameni la nivel mondial suferă de „foame ascunsă”, având suficiente calorii, dar insuficiente micronutriente. Aceasta are consecințe grave asupra sănătății, inclusiv anemie, scăderea funcției imunitare și probleme de dezvoltare. Testele de sânge pentru vitamine sunt invazive, consumatoare de timp și nu permit monitorizarea regulată.
Recent, dezvoltarea tehnologiilor de sănătate purtabile a schimbat modul în care ne monitorizăm parametrii fizici, dar monitorizarea micronutrienților este foarte dificilă din cauza concentrațiilor scăzute în fluidele biologice accesibile, cum ar fi transpirația. Prin urmare, o abordare noninvazivă și în timp real ar oferi o nouă modalitate de a îmbunătăți livrarea nutrițională.
În cadrul studiului, a fost utilizată o platformă de detectare electrochimică purtabilă care putea detecta simultan și sensibil multiple vitamine în transpirație. Sistemul era format dintr-un plasture care se atașa de piele și se adapta mișcărilor corpului, integrat cu un dispozitiv electronic reutilizabil. Acesta includea un aranjament de electrozi multiplexați imprimați pentru detectarea simultană a vitaminelor, pH-ului și a forței ionice.
Electrozii au fost îmbunătățiți cu un nanocompozit de flori de aur și carbon dopat cu sulf și azot pentru a îmbunătăți transferul de electroni și suprafața pentru atașarea biomoleculelor. Anticorpii și proteinele de legare specifice vitaminelor au fost imobilizați pe suprafața electrozilor prin activare chimică. Au fost utilizate teste de legare competitivă, unde vitaminele din transpirație și analogii vitaminici marcați cu enzime concurau pentru locurile de legare, generând semnale electrochimice măsurabile.
Transpirația a fost indusă noninvaziv prin iontoforeză utilizând un curent electric ușor și colectată printr-un sistem microfluidic integrat în plasture. Dispozitivul a permis analiza în timp real a compoziției transpirației, cu senzori încorporați care corectau variațiile de pH și forța ionic pentru a îmbunătăți precizia.
Colectarea și procesarea datelor s-au realizat printr-un sistem wireless conectat la o aplicație pentru smartphone. Validarea a implicat comparații cu măsurătorile ELISA și teste pe participanți umani în condiții controlate de dietă și suplimente.
Deși platforma a fost proiectată pentru a detecta șase vitamine, validarea pe corpul uman s-a concentrat în principal pe vitamina B9.
Senzorul purtabil poate detecta niveluri nanomolare ale șase vitamine esențiale (vitamina B1, vitamina B2, vitamina B7, vitamina B9 (acid folic), vitamina B12 și vitamina D) în intervalul fiziologic. Dispozitivul a obținut o sensibilitate ridicată, cu limite de detecție de până la 0,33 nanomolar pentru vitamina B9, având performanțe favorabile comparativ cu mulți senzori purtabili existenți.
Designul electrozilor din nanocompozit a îmbunătățit semnificativ intensitatea semnalului, permițând o detectare fiabilă chiar și în matricea complexă a transpirației. Sistemul a fost extrem de selectiv, diferențiind vitaminele țintă de alți constituenți găsiți în transpirație. S-a observat o reactivitate încrucișată minimă, asigurând o monitorizare precisă a multivitaminelor. Testele de reproducibilitate au confirmat performanța constantă pe mai multe dispozitive, evidențiind scalabilitatea și utilitatea practică.
În cadrul studiilor umane, dispozitivul a urmărit modificările nivelurilor de vitamina B9 în transpirație după consumul de alimente și suplimente. După administrarea unui supliment de 5 mg de vitamina B9, nivelurile vitaminei din transpirație au crescut cu mai mult de 3,6 ori în termen de câteva ore de utilizare a senzorului, indicând că senzorul poate măsura modificările fiziologice rapide. Consumul de alimente bogate în vitamina B9 a provocat, de asemenea, o creștere a cantității de vitamina B9 din transpirație.
O corelație puternică între nivelurile de vitamina B9 din transpirație și serul sanguin a fost observată (r = 0,849), sugerând că vitamina B9 din transpirație ar putea fi utilă pentru monitorizarea tendințelor noninvazive ale stării sistemice a vitaminei, deși nu este încă interschimbabilă clinic cu testarea serică. Validarea împotriva măsurătorilor ELISA a arătat o concordanță excelentă, cu un coeficient de corelație de 0,989 după calibrarea utilizând datele de pH și forță ionic.
Studiul a relevat, de asemenea, că stilurile de viață diferite erau asociate cu diferențe în nivelurile vitaminelor. De exemplu, efectele biochimice ale fumatului depind de metabolismul nutrienților, iar fumătorii au prezentat o concentrație mai scăzută de vitamina B9 în serul sanguin și în transpirație comparativ cu nefumătorii. Această constatare subliniază potențialul dispozitivului de a monitoriza riscurile nutriționale specifice populației.
În plus, sistemul a demonstrat o performanță stabilă în teste controlate pe corp. De exemplu, cercetătorii au colectat transpirație pe parcursul mai multor ore de la mai multe site-uri ale corpului, menținând o performanță constantă. Designul microfluidic al dispozitivului permite o colectare eficientă a transpirației și timpi de răspuns rapizi (în câteva minute). Totuși, testarea umană a fost preliminară și a implicat un cohort de tineri adulți, astfel că sunt necesare studii mai mari și mai diverse.
Acest studiu reprezintă un pas promițător în monitorizarea sănătății noninvazive prin demonstrarea unui dispozitiv purtabil capabil să urmărească vitaminele în timp real prin transpirație. Platforma ar putea susține nutriția personalizată, fiind extrem de sensibilă și capabilă să detecteze mai mulți analiti simultan.
Tehnologia este concepută pentru a măsura simultan mai mulți nutrienți și, cu validări și calibrarea suplimentară, ar putea ajuta la urmărirea tendințelor vitaminice și la ghidarea strategiilor de nutriție personalizată.
În plus, informațiile pe care această tehnologie le oferă despre efectele obiceiurilor de viață (cum ar fi fumatul) asupra nivelurilor vitaminelor ar putea sprijini inițiativele de sănătate publică.
Această nouă tehnologie ar putea ajuta, în cele din urmă, să schimbe modul în care oamenii evaluează starea vitaminică, trecând de la teste ocazionale și periodice la monitorizarea mai frecventă în funcție de stilul de viață și nevoile nutriționale ale unui individ.
