Создан пластырь-биосенсор, анализирующий циркадные ритмы по составу пота
В Техасском университете в Далласе разработали носимый сенсор, измеряющий содержание в поте гормонов, регулирующих цикл сна и бодрствования.
Устройство новинки и результаты ее испытания опубликованы в журнале Biosensors and Bioelectronics: X. Электрохимический датчик непрерывно отслеживает уровень кортизола, способствующего пробуждению, и мелатонина, сигнализирующего организму о необходимости сна, и передает показатели в телефон по Bluetooth.
Устройство стало первым в мире, объединившим анализ этих гормонов. По словам ученых, технология открывает новые возможности для гаджетов для отслеживания качества сна.
«Точная и непрерывная оценка уровней кортизола и мелатонина крайне важна для понимания и управления циркадными ритмами. Однако существующие методы, основанные на анализе слюны, неудобны для длительного непрерывного мониторинга», — говорит аспирантка биомедицинской инженерии Аннапурна Рамасубраманья, первый автор исследования.
Пробы слюны считаются золотым стандартом оценки концентрации кортизола и мелатонина. В исследованиях сна пациентам приходится периодически просыпаться, чтобы медицинский персонал мог собрать образцы. Новая технология упрощает этот процесс, позволяя непрерывно измерять гормоны с помощью пассивного пота — естественных выделений кожи без внешней стимуляции.
В испытании 43 участника носили потовый сенсор в течение 48 часов. За это время у них 12 раз взяли слюну, чтобы сравнить результаты с показаниями сенсора. Данные обоих методов оказались схожими, что подтвердило точность сенсора.
В перспективе разработка может выйти за пределы медицины и занять достойное место в ряду гаджетов, которые используются для контроля сна. Нынешние умные часы определяют состояния сна и бодрствования исключительно по косвенным признакам — движениям руки, частоте сердечных сокращений и иногда температуре тела.
«В современном мире электроника играет огромную роль в качестве нашего сна. Наши режимы сна меняются. Не обязательно быть сменным рабочим или пилотом, чтобы сбить циркадные ритмы. Сама по себе жизнь в окружении множества технологий меняет то, как и сколько мы спим. Психическое здоровье также тесно связано с качеством сна», — констатирует профессор Шалини Прасад.
Сенсор крепится к коже для непрерывного сбора пота и измерения суточных изменений уровня кортизола и мелатонина, выделяемых надпочечниками и шишковидной железой соответственно. Данные о гормонах в реальном времени передаются в мобильное приложение и облачную платформу для визуализации и анализа.
У интереса Рамасубраманьи к циркадным ритмам несколько неожиданный источник — карнатическая музыка, которую исполняют у нее на родине на похожем на лютню струнном инструменте. Взаимосвязи между мелодией и ритмом в этой музыке строятся на математических принципах — пропорциях, делениях и паттернах.
«Именно это пробудило мой интерес к применению принципов математики и физики в анализе циркадных данных, потому что игра на вине во многом зависит от того, как ты дернешь струну, как она будет вибрировать и как долго продлится звук», — объяснила аспирантка, в Индии изучавшая компьютерную инженерию.
С этими идеями на стыке хобби и науки, а также наградами и регалиями, полученными несмотря на юный возраст, она пришла к Прасад.
«Аннапурна взяла данные, полученные с помощью устройства, и объяснила их химический состав, чтобы можно было понять, что означает эта информация. Это те вопросы, на которые мы не могли ответить, а она смогла», — заключила профессор.
