スレッドベースのウェアラブル汗センサーでの健康マーカーの検出
エンジニアは、複数のマーカーの汗を分析するために衣服に縫い付けることができる柔軟な電子検知パッチを作成しました。このパッチは、急性および慢性の健康状態を診断および監視するため、または運動または職場でのパフォーマンス中の健康を監視するために使用できます。このデバイスは、特別なセンシングスレッド、柔軟な電子コンポーネント、およびリアルタイムのデータ取得、保存、処理のためのワイヤレス接続で構成されています。
一般的な消費者の健康モニターは、心拍数、体温、ブドウ糖、歩行距離、およびその他の総測定値を追跡できます。ただし、個人の健康、ストレス、およびパフォーマンスについてのより詳細な理解は、医療データ収集または高性能の運動または軍事用途に必要です。特に、電解質やその他の生体分子などの代謝マーカーは、運動能力、職場の安全性、臨床診断、および慢性的な健康状態の管理を正確に評価するための、人間の健康のより直接的な指標を提供します。
パッチデバイスは、ナトリウムおよびアンモニウムイオン（電解質）、乳酸（代謝物）、酸性度（pH）など、汗に存在する重要なバイオマーカーのリアルタイム測定を実行します。デバイスプラットフォームには、汗に含まれるほぼすべてのマーカーを追跡できるさまざまなセンサーを組み込むこともできます。行われた測定は、有用な診断アプリケーションを持つことができます。汗からのナトリウムは、体内の水分補給状態と電解質の不均衡を示す可能性があります。乳酸濃度は筋肉疲労の指標となる可能性があります。塩化物イオンレベルは、嚢胞性線維症の診断と監視に使用できます。ストレスホルモンであるコルチゾールは、感情的なストレスだけでなく、代謝機能や免疫機能を評価するために使用できます。アスリートは、運動中のさまざまなマーカーを監視して、競技中のパフォーマンスのピークまたは低下を予測するのに役立てることができます。
センサーを衣服に統合する機能は、導電性インクでコーティングされた柔軟なスレッドによって可能になります。コーティングが異なると、スレッドの機能が変わります。例えば、乳酸は、酵素乳酸オキシダーゼを組み込んだ酵素感知材料で糸をコーティングすることによって検出することができる。 pH検知糸は、酸性度などに反応するポリアニリンでコーティングされています。スレッドセンサーのアレイは、衣類やパッチに統合され、スマートフォンと通信するためのワイヤレス機能を備えたミニチュア回路モジュールとマイクロプロセッサーに接続されています。
研究者は、人間を対象にデバイスをテストし、エアロバイクでの最大運動時の電解質と代謝物の反応を監視しました。センサーは、5〜30秒間隔で上下に移動する際の分析物レベルの変動を検出できました。これは、ほとんどのリアルタイム追跡ニーズに十分対応できます。この研究は、センサーがこれらの相関関係を特定する将来の研究に使用できる分析物発現の一貫したパターンを検出できることを確立しました。
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