Il professore della Northwestern University John A. Rogers sta collaborando con un'ampia gamma di partner tra cui Gatorade, i Seattle Mariners, la US Air Force e Shirley Ryan AbilityLab per portare il suo sistema di analisi del sudore microfluidico indossabile in una distribuzione capillare.

Il dispositivo misura i biomarcatori del sudore e del sudore in modo accurato e in tempo reale, permettendo agli atleti, personale militare, professionisti del fitness e altri per monitorare il tasso di sudore e la perdita di elettroliti, così possono mantenersi idratati, ricostituire i loro elettroliti e rimanere al top del loro gioco.

Le partnership sono finalizzate a sviluppare ulteriormente, testare e convalidare il dispositivo di Rogers, che monitora la perdita di sudore e analizza la chimica del sudore con un semplice, lettura visiva in tempo reale.

Sviluppato in precedenza nel laboratorio di ingegneria Northwestern di Rogers, il morbido, dispositivo flessibile si siede sulla pelle e misura il sudore per determinare come il corpo risponde all'esercizio. Lanciato dal gruppo di Rogers attraverso l'Innovation and New Ventures Office (INVO) di Northwestern, startup Epicore Biosystems ha stabilito capacità di produzione di grandi volumi per questi dispositivi microfluidici. Ha anche in programma di co-confezionarli con sostanze nutritive, salute della pelle, cosmetici e prodotti per l'idratazione sportiva, con ulteriori possibilità di utilizzo in medicina clinica e riabilitativa.

"Il Gatorade Sports Science Institute sa molto sul sudore, e hanno protocolli di test molto rigorosi per valutare le nuove tecnologie in questo spazio, " ha detto Rogers, il professore di scienza e ingegneria dei materiali Louis Simpson e Kimberly Querrey, Ingegneria biomedica e chirurgia neurologica presso la McCormick e la Northwestern University Feinberg School of Medicine, ed è direttore del Center for Bio-Integrated Electronics (CBIE).

"La nostra missione al Gatorade Sports Science Institute è sempre stata quella di aiutare gli atleti a ottimizzare la loro salute e le loro prestazioni attraverso la ricerca e l'istruzione in materia di idratazione e scienza dello sport, " ha detto la dottoressa Lindsay Baker, scienziato principale presso il Gatorade Sports Science Institute. "Attraverso la nostra partnership con Epicore Biosystems, stiamo sviluppando nuovi entusiasmanti modi per misurare e monitorare il sudore, che può aiutarci a consigliare meglio le strategie di idratazione per i nostri atleti".

Introdotto inizialmente nel 2016, Il design microfluidico di Rogers ha fatto molta strada nell'ultimo anno. I modelli precedenti misuravano la perdita di cloruro, glucosio, lattato e livelli di pH nel sudore. Le piattaforme più recenti quantificano anche le concentrazioni di metalli pesanti come piombo e arsenico e livelli di urea e creatinina, l'ultimo dei quali riguarda la salute dei reni.

Gli ultimi dispositivi possono anche misurare continuamente queste sostanze chimiche, in tempo reale, consentendo a chi lo indossa di monitorare come cambia la chimica del sudore durante un regime di allenamento e durante il giorno.

"I dispositivi di un anno fa potevano determinare la concentrazione media di cloruro durante un periodo di esercizio, "Ha detto Rogers. "Ma ora abbiamo dispositivi che si riempiono in sequenza nel tempo. Questo è importante perché le variazioni nei biomarcatori del sudore danno un senso di livello di affaticamento mentre ti alleni. Prima non avevamo questa capacità".

Ancora meglio:l'atleta non ha bisogno di mettere in pausa il suo allenamento per decifrare informazioni complicate. Anziché, lui o lei può monitorare questi livelli che cambiano in sequenza con un semplice sguardo. Durante l'esercizio, il sudore si fa strada attraverso i canali microscopici del dispositivo e in diversi scomparti. In quegli scompartimenti le reazioni con i reagenti chimici provocano cambiamenti di colore visibili che si riferiscono quantitativamente alle concentrazioni di elettroliti.

"La maggior parte delle persone vuole sapere se sta perdendo molto cloruro, poco o quasi nessuno, "Ha detto Rogers. "Possono semplicemente guardare il dispositivo e determinare se i loro livelli di elettroliti sono alti, medio o basso".

Co-autore con scienziati del Gatorade Sports Science Institute, la ricerca è stata pubblicata oggi online, 16 febbraio nel diario Progressi scientifici . Rogers presenterà anche il lavoro come parte del suo discorso sulle tecnologie biointegrate il 17 febbraio alla riunione annuale dell'American Association for the Advancement of Science (AAAS) ad Austin, Texas. Rogers parlerà di come la sua tecnologia può essere utilizzata per aiutare la riabilitazione delle vittime di ictus.

Un'altra caratteristica unica di queste ultime piattaforme è la loro capacità di misurare il sudore degli utenti durante gli sport acquatici, anche quando è completamente sott'acqua. Nuovi materiali adesivi e design microfluidici mantengono la tenuta stagna sulla pelle per catturare e analizzare il sudore, impedendo all'acqua circostante di entrare nei canali microscopici del dispositivo. I sistemi sono stati utilizzati per la prima volta su triatleti e ora sono abitualmente utilizzati dalla squadra di nuoto della Northwestern.

"Siamo preoccupati per l'impatto della sudorazione sull'idratazione e sulle prestazioni durante l'allenamento e la competizione, ma fino ad ora, non abbiamo avuto modo di effettuare misurazioni quantitative, " disse Jarod Schroeder, capo allenatore della squadra di nuoto maschile della Northwestern. "I dispositivi microfluidici montati sulla pelle del gruppo Rogers ci consentono, per la prima volta, per determinare continuamente la perdita di sudore ed elettroliti, come avviene in piscina durante il nuoto, senza alcun impatto negativo sui nostri atleti. Gli approfondimenti sono intriganti. I livelli straordinariamente elevati di perdita di sudore che si verificano in piscina richiedono un'attenta programmazione per la reidratazione".

Attraverso Epicore Biosystems e il CBIE, i dispositivi sono ora ampiamente diffusi presso un'ampia gamma di organizzazioni diverse. I Seattle Mariners utilizzano centinaia di dispositivi per tenere traccia dei giocatori durante l'allenamento primaverile.

"Questi sottili, le reti microfluidiche flessibili ci consentono di monitorare quantitativamente la perdita di sudore e la chimica del sudore tra i giocatori della nostra organizzazione, " ha detto Lorena Martin, un medico e direttore delle alte prestazioni dei Mariners. "Questi dati possono fornirci informazioni uniche, dettagliato, informazioni specifiche del giocatore sull'equilibrio elettrolitico e sulla chimica corporea in qualsiasi momento durante una partita o un allenamento".

Aviatori in servizio attivo presso la base aeronautica di Wright-Patterson a Dayton, Anche l'Ohio sta usando i dispositivi.

"Il sudore è ricco di informazioni biochimiche rilevanti per la salute fisiologica e lo stato cognitivo, "ha detto Jennifer Martin, un chimico di ricerca presso l'Air Force Research Laboratory. "La capacità di monitorare la perdita di sudore e la chimica del sudore in situ sulla pelle è interessante perché i dati possono consentirci di gestire in modo più efficace la prontezza militare in condizioni estenuanti durante l'addestramento o sul campo di battaglia".

Anche i pazienti utilizzano i dispositivi presso Shirley Ryan AbilityLab, uno dei migliori ospedali di ricerca traslazionale della nazione. I ricercatori stanno esplorando le asimmetrie sinistra/destra nella sudorazione come metrica per il recupero nei pazienti con ictus. I dispositivi aiutano anche i medici a monitorare le differenze nella chimica del sudore dei pazienti nel corso del processo di riabilitazione.

"La natura altamente visiva e dinamica di questi dispositivi consente ai nostri medici di monitorare prontamente la perdita di sudore e lo sforzo fisico nei pazienti sottoposti a riabilitazione da disturbi autonomici come ictus, " ha detto Arun Jayaraman, direttore del Max Näder Lab for Rehabilitation Technologies and Outcomes Research presso Shirley Ryan AbilityLab. "La capacità unica di misurare la sudorazione in più posizioni del corpo contemporaneamente apre la possibilità di utilizzare la sudorazione anomala come indicatore dello stato di recupero".

Con la tecnologia sulla buona strada per la commercializzazione, squadra di Rogers, compreso il dottor Roozbeh Ghaffari, il direttore della scienza della traduzione al CBIE, sta continuando a testare i dispositivi microfluidici in studi su scala con una collezione in espansione di partner. Rogers anticipa che una versione di questa tecnologia potrebbe essere nelle mani del personale militare, squadre sportive e consumatori nel prossimo anno a causa in gran parte del semplice, natura a basso costo della tecnologia e il suo ampio appeal per gli utenti finali.

"Unire le forze con organizzazioni guidate dalla scienza come la US Air Force e Gatorade ci aiuterà a fornire una nuova classe di tecnologia indossabile, una che fornisce informazioni quantitative su sudore, con il potenziale per cambiare radicalmente il modo in cui le persone gestiscono la loro idratazione, salute e prestazioni, " ha detto Ghaffari.