Ci sono molte cose che non piacciono nell'andare dal dottore:pagare un copay, seduto in sala d'attesa, riviste obsolete, malati che tossiscono senza coprirsi la bocca. Per molti, anche se, la cosa peggiore della visita di un dottore è rimanere incastrati con un ago. Gli esami del sangue sono un modo collaudato per valutare cosa sta succedendo al tuo corpo, ma il disagio è inevitabile. O forse no, dicono gli scienziati del Caltech.

In un nuovo articolo pubblicato su Biotecnologie naturali , ricercatori guidati da Wei Gao, professore assistente di ingegneria medica, descrivono un sensore indossabile producibile in serie in grado di monitorare i livelli di metaboliti e sostanze nutritive nel sangue di una persona analizzando il suo sudore. I sensori del sudore sviluppati in precedenza prendono di mira principalmente composti che appaiono in alte concentrazioni, come elettroliti, glucosio, e lattato. Il sensore del sudore di Gao è più sensibile dei dispositivi attuali e può rilevare i composti del sudore a concentrazioni molto più basse, oltre ad essere più facile da produrre, dicono i ricercatori.

Lo sviluppo di tali sensori consentirebbe ai medici di monitorare continuamente le condizioni dei pazienti con malattie come le malattie cardiovascolari, diabete, o malattie renali, tutto ciò si traduce in livelli anormali di nutrienti o metaboliti nel flusso sanguigno. I pazienti trarrebbero beneficio dall'avere il proprio medico meglio informato della loro condizione, evitando anche incontri invasivi e dolorosi con aghi ipodermici.

"Tali sensori del sudore indossabili hanno il potenziale per rapidamente, continuamente, e catturare in modo non invasivo i cambiamenti nella salute a livello molecolare, " Gao dice. "Potrebbero consentire un monitoraggio personalizzato, diagnosi precoce, e tempestivo intervento».

Il lavoro di Gao è focalizzato sullo sviluppo di dispositivi basati sulla microfluidica, un nome per le tecnologie che manipolano piccole quantità di liquidi, di solito attraverso canali di larghezza inferiore a un quarto di millimetro. I microfluidici sono ideali per un'applicazione di questo tipo perché riducono al minimo l'influenza dell'evaporazione del sudore e della contaminazione della pelle sulla precisione di rilevamento. Mentre il sudore appena fornito scorre attraverso i microcanali, il dispositivo può effettuare misurazioni più accurate del sudore e può catturare i cambiamenti temporali nelle concentrazioni.

Fino ad ora, Gao e i suoi colleghi dicono, i sensori indossabili basati su microfluidica sono stati per lo più fabbricati con un processo di litografia-evaporazione, che richiede processi di fabbricazione complicati e costosi. Il suo team ha invece optato per realizzare i propri biosensori in grafene, una forma simile a un foglio di carbonio. Sia i sensori a base di grafene che i minuscoli canali microfluidici sono creati incidendo i fogli di plastica con un laser ad anidride carbonica, un dispositivo che ora è così comune da essere disponibile per gli hobbisti domestici.

Il team di ricerca ha deciso di far misurare la frequenza respiratoria dal sensore, frequenza cardiaca, e livelli di acido urico e tirosina. La tirosina è stata scelta perché può essere un indicatore di disturbi metabolici, malattia del fegato, problemi alimentari, e condizioni neuropsichiatriche. L'acido urico è stato scelto perché, a livelli elevati, è associato alla gotta, una dolorosa condizione articolare che è in aumento a livello globale. La gotta si verifica quando alti livelli di acido urico nel corpo iniziano a cristallizzarsi nelle articolazioni, in particolare quelli dei piedi, provocando irritazioni e infiammazioni.

Per vedere come si sono comportati i sensori, i ricercatori hanno eseguito una serie di test con individui e pazienti sani. Per controllare i livelli di tirosina nel sudore, che sono influenzati dalla forma fisica di una persona, hanno utilizzato due gruppi di persone:atleti allenati e individui di forma fisica media. Come previsto, i sensori hanno mostrato livelli inferiori di tirosina nel sudore degli atleti. Per controllare i livelli di acido urico, hanno preso un gruppo di individui sani e hanno monitorato il loro sudore mentre erano a digiuno e dopo aver mangiato un pasto ricco di purine, composti negli alimenti che vengono metabolizzati in acido urico. Il sensore ha mostrato che i livelli di acido urico aumentano dopo il pasto. Il team di Gao ha anche eseguito un test simile con i pazienti con gotta. I loro livelli di acido urico, il sensore ha mostrato, erano molto più alti di quelli delle persone sane.

Per verificare la precisione dei sensori, i ricercatori hanno anche prelevato campioni di sangue dai pazienti con gotta e dai soggetti sani. Le misurazioni dei livelli di acido urico da parte dei sensori erano fortemente correlate con i livelli del composto nel sangue.

Gao dice che l'alta sensibilità dei sensori, insieme alla facilità con cui possono essere fabbricati, significa che potrebbero eventualmente essere utilizzati dai pazienti a casa per monitorare condizioni come la gotta, diabete, e malattie cardiovascolari. Avere informazioni accurate in tempo reale sulla propria salute potrebbe persino consentire a un paziente di regolare i propri livelli di farmaci e la propria dieta secondo necessità.

"Considerando che i nutrienti e i metaboliti circolanti anormali sono correlati a una serie di condizioni di salute, le informazioni raccolte da tali sensori indossabili saranno preziose sia per la ricerca che per le cure mediche, " dice Gao.

Il documento che descrive la ricerca, intitolato, "Un sensore indossabile inciso al laser per il rilevamento sensibile di acido urico e tirosina nel sudore, " appare nel numero del 25 novembre di Biotecnologie naturali .