Исследователи из Калифорнийского технологического института представили носимое устройство, которое может фиксировать уровни метаболитов и питательных веществ в крови человека, анализируя их пот. Одно из будущих применений устройства — раннее обнаружение подагры.

Статья об этом появилась в журнале Nature Biotechnology.

Постоянное проведение анализов для выявления признаков того или иного заболевания — дело не из приятных. Проблема также в том, что уровни различных соединений в крови меняются в течение дня и анализ крови в таком случае не всегда сможет показать реальную картину заболевания. Здесь на помощь придут носимые датчики, которые могут измерять уровни метаболитов в крови круглые сутки, что дает намного больше данных для врачей и пациентов.

Разработки ученых Калифорнийского технологического института основаны на микрофлюидике — технологиях, которые манипулируют небольшими количествами жидкостей, как правило, через каналы менее четверти миллиметра в ширину. Микрофлюиды идеально подходят для использования в датчиках такого рода, поскольку они минимизируют влияние испарения пота и загрязнения кожи на точность восприятия. Пока пот проходит через микроканалы, прибор может точно измерить содержания в нем различных веществ и их изменение во времени.

До сих пор такие носимые датчики на основе микрофлюидов изготавливались с помощью процесса литографии — испарения, — который сложен и дорог. Вместо этого ученые решили сделать свои биосенсоры из графена. И датчики, и микрофлюидные каналы ученые создали, используя гравировку углекислотным лазером — дешевым и легко доступным прибором.

Для начала ученые решили проверить, как хорошо их датчик измеряет частоту дыхания, частоту сердечных сокращений и уровни мочевой кислоты и тирозина. Тирозин был выбран потому, что он может быть индикатором метаболических нарушений, заболеваний печени, расстройств пищевого поведения и нервно-психических состояний. Мочевая кислота была выбрана из-за того, что ее повышенные уровни связаны с подагрой. Подагра возникает, когда высокие уровни мочевой кислоты в организме начинают кристаллизоваться в суставах, особенно в ногах, вызывая воспаление.

Чтобы увидеть, насколько хорошо работают датчики, исследователи провели серию тестов со здоровыми людьми и пациентами. Для проверки уровня тирозина в поте, на который влияет физическая подготовка человека, авторы работы использовали две группы людей: тренированных спортсменов и лиц со средней физической подготовкой. Как и ожидалось, датчики показали более низкий уровень тирозина в поте спортсменов.

Чтобы проверить уровень мочевой кислоты, ученые взяли группу здоровых людей и контролировали их пот во время голодания, а также после того, как они съели пищу, богатую пуринами — соединениями, которые метаболизируются в мочевую кислоту. Датчик показал, что уровень мочевой кислоты повышается после еды. Также ученые провели аналогичный тест с больными подагрой. Их уровень мочевой кислоты, как показал датчик, был намного выше, чем у здоровых людей.