柔軟汗パッチが複数健康マーカーをリアルタイム検出

エンジニアたちが、衣服に縫い付け可能な柔軟電子センシングパッチを開発し、汗を分析して複数のマーカーを検出できるようにしました。このパッチは、急性・慢性疾患の診断・モニタリング、または運動・職場パフォーマンス時の健康モニタリングに使用できます。デバイスは、特別なセンシング糸、柔軟電子コンポーネント、リアルタイムデータ取得・保存・処理のための無線接続で構成されます。

典型的な消費者向けヘルスモニターは心拍数、体温、グルコース、歩行距離などの大まかな測定を追跡できますが、医療データ収集やハイパフォーマンス運動・軍事用途では、個人の健康、ストレス、パフォーマンスのより詳細な理解が必要です。特に、電解質やその他の生物学的分子などの代謝マーカーは、運動パフォーマンスの正確な評価、職場安全、臨床診断、慢性疾患管理のための人間の健康のより直接的な指標となります。

パッチデバイスは、汗に含まれる重要バイオマーカーのリアルタイム測定を実行します：ナトリウムイオンとアンモニウムイオン（電解質）、乳酸（代謝産物）、酸度（pH）。デバイスプラットフォームは、汗に存在するほぼすべてのマーカーを追跡可能な幅広いセンサーを組み込めます。測定値には有用な診断応用があります：汗中ナトリウムは水分補給状態と電解質バランスを示し；乳酸濃度は筋疲労の指標となり得ます；クロライドイオンレベルは嚢胞性線維症の診断・モニタリングに使用できます；コルチゾール（ストレスホルモン）は情動ストレスだけでなく代謝・免疫機能の評価に使用できます。アスリートは身体的負荷中に幅広いマーカーを監視し、競技中のパフォーマンスピークや低下を予測するのに役立てられます。

センサーを衣服に統合することは、導電性インクでコーティングされた柔軟な糸によって可能になります。異なるコーティングが糸の機能を変えます：例えば、乳酸は乳酸オキシダーゼ酵素を含む酵素センシング材料で糸をコーティングすることで検出可能です。pHセンシング糸はアニリンポリマーでコーティングされ酸度に反応します、等々。糸センサーアレイは衣服やパッチに統合され、微小回路モジュールとマイクロプロセッサーに接続され、スマートフォンと通信する無線機能を持ちます。

研究者たちは、定置バイクでの最大負荷運動中、被験者の電解質と代謝産物反応を監視してデバイスをテストしました。センサーは、アナライトレベルの変動を上下ともに、5〜30秒間隔で検出できました——ほとんどのリアルタイム追跡ニーズに十分です。この研究により、センサーがアナライト発現の一貫したパターンを検出できることが確立され、これらの相関を特定する将来の研究に活用できます。

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