Sudore, che contiene una vasta gamma di marcatori biochimici, può dirci molto sulla nostra salute. Variazioni del pH del sudore (cioè acidità o alcalinità), ad esempio, può dirci se il nostro corpo è disidratato e può aiutare la diagnosi di condizioni della pelle come dermatiti, acne e altre infezioni della pelle. Nei pazienti diabetici, il pH del sudore può servire come un buon indicatore di altre condizioni potenzialmente letali, ad esempio, un pH elevato del sudore durante l'eccessiva sudorazione e la sudorazione notturna potrebbe essere stato causato da un periodo prolungato di ipoglicemia che richiede un intervento medico.

Un team di ricercatori NUS ha ideato un "componente aggiuntivo" per un gadget indossabile per il monitoraggio della salute che può informare gli utenti sulle condizioni della loro salute dal loro sudore. Il nuovo monitor del pH del sudore, che può essere facilmente integrato in fitness tracker o smartwatch esistenti a un costo molto basso, è in grado di misurare e monitorare continuamente il livello di acidità o alcalinità del sudore di un utente insieme alla frequenza cardiaca e alla concentrazione di ossigeno. In questo modo, gli utenti possono divertirsi 24 ore su 24, personalizzato, e valutazione non invasiva del loro benessere.

Il gruppo di ricerca comprende il sig. Ananta Narayanan Balaji, uno studente di dottorato della NUS Electrical and Computer Engineering, la studentessa di dottorato Chen Yuan e l'assistente professore Shao Huilin di NUS iHealthtech e NUS Biomedical Engineering, così come il dottor Wang Bo e il professor Peh Li-Shiuan del NUS Computer Science.

"La maggior parte dei fitness tracker e degli smartwatch attuali è in grado di misurare indicatori di salute come la frequenza cardiaca, livelli di saturazione di ossigeno nel sangue, conteggio dei passi e persino ciclo del sonno, ma non sono in grado di monitorare gli indicatori di salute a livello molecolare. Quindi, abbiamo creato il pH Watch perché il sudore è un fluido corporeo facilmente accessibile composto da una vasta gamma di marcatori biochimici che possono essere utilizzati per monitorare il benessere degli individui in modo non invasivo, ", ha detto il signor Ananta.

Perché il pH del sudore è importante

Il termine "pH" significa "potenziale dell'idrogeno" e la scala del pH, che misura da zero a 14, fornisce un'indicazione di quanto sia acida o basica (detta anche alcalina) una sostanza. Un pH di sette è neutro sulla scala, mentre un pH inferiore a sette è acido. Una lettura maggiore di sette è alcalina. La pelle sana ha in genere un valore di pH di 5,5.

"Quando il corpo è disidratato, ci sarà un aumento della concentrazione di sodio nel sudore che è indicato da un valore di pH più alto. Un pH equilibrato è anche essenziale per la salute della pelle:se la nostra pelle è troppo acida o alcalina, possono verificarsi condizioni della pelle come dermatiti e acne. Per i pazienti diabetici, un pH elevato del sudore durante l'eccessiva sudorazione e la sudorazione notturna può suggerire che il paziente sta vivendo un basso livello di glucosio nel sangue, " ha spiegato il signor Ananta.

Come funziona il pH Watch

Il pH Watch inventato dai ricercatori NUS sfrutta i chip del pulsossimetro esistenti nei fitness tracker e negli smartwatch che misurano la frequenza cardiaca e i livelli di saturazione di ossigeno degli utenti.

I pulsossimetri sono costituiti da sensori di luce rossa e infrarossa che si trovano tra la pelle e il dispositivo. Un pulsossimetro emette luce rossa visibile e infrarossi invisibili sulla pelle degli utenti e calcola la differenza tra le lunghezze d'onda delle due luci per determinare il contenuto di ossigeno nel sangue. Negli ospedali, sono spesso agganciati sulla parte superiore del dito indice del paziente per misurare e monitorare il livello di saturazione di ossigeno nel sangue del paziente.

Il team NUS ha fabbricato un sensore di sudore pH flessibile e altamente reattivo che funziona bene con il pulsossimetro. Nello specifico, il sensore del sudore è realizzato utilizzando un materiale che cambia colore quando viene a contatto con diversi pH del sudore; questi cambiamenti di colore sono progettati per corrispondere alle capacità di registrazione del pulsossimetro. Integrando questo sensore di pH su misura e l'algoritmo di rilevamento del pH del team in fitness tracker o smartwatch esistenti che dispongono già di un pulsossimetro integrato, il pH Watch può monitorare contemporaneamente il valore del pH del sudore di un utente, insieme ai valori della frequenza cardiaca e della saturazione di ossigeno nel sangue in tempo reale, con una precisione di circa il 90%.

"Abbiamo progettato e fabbricato il sensore di pH da zero utilizzando un polimero di polianilina, che è poco costoso, materiale resistente ma molto flessibile. Si adatta bene alla pelle e può essere aggiunto a qualsiasi smartwatch con pulsossimetro per consentire la misurazione continua del pH del sudore. Il sensore può essere riutilizzato per più di un anno anche con l'uso quotidiano, " ha affermato la signora Chen che ha sviluppato il sensore di pH.

"Il nostro pH Watch funziona in modo molto efficiente. Richiede solo 20 KB di RAM (Random Access Memory) per l'elaborazione dei dati. È anche molto efficiente dal punto di vista energetico:il sensore di pH è passivo e non richiede una fonte di alimentazione, mentre l'algoritmo di rilevamento del pH utilizza meno dello 0,01% del consumo energetico totale di uno smartwatch, " ha detto il signor Ananta, che ha sviluppato l'algoritmo di rilevamento del pH e il prototipo del sistema.

Ha aggiunto, "Il sensore di pH può essere facilmente montato su qualsiasi dispositivo indossabile con un pulsossimetro. Può assumere qualsiasi forma:un bracciale, fascia toracica o fascia per la testa, ma abbiamo sviluppato un prototipo indossabile simile a un orologio a causa della popolarità degli indossabili da polso tra gli utenti. Il potenziale utilizzo del nostro pH Watch non è limitato solo agli atleti; potrebbe essere utilizzato da qualsiasi utente poiché sudiamo durante le attività quotidiane come camminare o correre. Anche, per la sua natura non invasiva, potrebbe essere utilizzato come dispositivo di monitoraggio della salute personale per anziani e bambini".

"Per la nostra migliore conoscenza, il pH Watch è la prima dimostrazione di un sensore di sudore riutilizzabile che può essere facilmente integrato negli smartwatch di oggi con pulsossimetri, aprendo la strada al rilevamento onnipresente dei biomarcatori, ", ha affermato l'assistente professore Shao che ha supervisionato il progetto insieme al professor Peh Li-Shiuan di NUS Computer Science.

Il team sta attualmente studiando altri biomarcatori nel sudore e sta esplorando l'uso di altri sensori esistenti per rilevare più biomarcatori del sudore.