Il sensore a due canali che misura la concentrazione dei biomarcatori nel sudore ha implicazioni per i test diagnostici, soprattutto nelle aree remote
La natura irregolare, intermittente e imprevedibile della produzione di sudore, derivante da fluttuazioni fisiologiche o psicologiche, pone complessità per campionare e valutare in modo coerente e accurato i biomarcatori del sudore. I dispositivi microfluidici interfacciati con la pelle che si basano su meccanismi colorimetrici per il rilevamento semiquantitativo sono particolarmente suscettibili a queste imprecisioni a causa delle variazioni nel tasso di secrezione del sudore o nel volume istantaneo.
I sensori applicati alla pelle promettono un metodo non invasivo e a basso costo per identificare i biomarcatori chiave nel sudore, che potrebbero aiutare i medici a fare diagnosi più precoci e accurate. Fino ad ora, tuttavia, i sensori potevano identificare la presenza di biomarcatori ma non avevano la capacità di rilevarne con precisione la concentrazione in presenza di una produzione di sudore irregolare, intermittente e imprevedibile.
Per risolvere questo problema, un team di ricercatori della Penn State ha sviluppato un sensore che rileva con precisione le concentrazioni di biomarcatori nei campioni di sudore. Il loro lavoro è stato pubblicato su Advanced Science (1).
Sebbene i ricercatori avessero precedentemente creato un sensore in grado di rilevare quantità di glucosio e altri biomarcatori, i sensori non avevano un modo per rilevare con precisione il volume del sudore, il che significa che la concentrazione dei biomarcatori era sconosciuta.
«Una sfida particolare è quantificare il biomarcatore e il tasso di sudorazione in modo accurato, perché le diverse condizioni che ci fanno sudare – esercizio fisico, clima caldo, consumo di cibi piccanti – possono tutte avere tassi di sudorazione diversi che possono essere più coerenti o possono manifestarsi di tanto in tanto», ha detto il dottor Huanyu “Larry” Cheng (2), professore associato di ingegneria e meccanica James L. Henderson, Jr. Memorial alla Penn State. «Ciò rende difficile misurare il volume del sudore, che dobbiamo sapere se vogliamo quantificare la concentrazione del biomarcatore».
Per valutare queste informazioni, i ricercatori hanno progettato un sensore con due canali per catturare il sudore: uno che misurerà la quantità del biomarcatore e uno che misurerà il volume del sudore. Il sensore si basa su un colorante per segnalare la presenza del biomarcatore e può essere letto ad occhio nudo, il che lo rende economico e facile da usare. Secondo Cheng, poiché i risultati del sensore possono essere letti facilmente senza costose apparecchiature di elaborazione, potrebbe essere particolarmente utile per i fornitori in aree remote.
Il dottor Huanyu “Larry” Cheng spiega che «Il liquido reagirà con il colorante depositato nel canale, cambiando colore e, in base al fronte di avanzamento del liquido, possiamo quantificare la velocità di sudore e il volume in base alla linea in quel canale. Utilizziamo i segni stampati vicino al canale per indicare il volume di sudore con cui confrontarlo, quindi utilizziamo l'altra serie di segni per leggere la concentrazione ai volumi preimpostati».
La concentrazione del biomarcatore, non solo la sua presenza, è utile nella diagnostica. Ad esempio, i ricercatori hanno affermato che il loro sensore potrebbe essere utilizzato per testare la fibrosi cistica, che è spesso indicata da alti livelli di cloruro nel paziente.
«La tipica linea d’azione per diagnosticare la fibrosi cistica è quella di indurre una sudorazione locale attraverso l’esercizio, ma con il nostro sensore possiamo rilevare la concentrazione di cloruro nel sudore senza richiedere al paziente di fare esercizio, poiché possiamo usare la sudorazione passiva indotta dal calore con il nostro dispositivo indossabile del sistema di test», ha affermato Cheng.
Secondo Cheng, questo metodo, combinato con i materiali morbidi del sensore, lo rende migliore dei tradizionali test diagnostici per neonati e bambini piccoli. Per testare il sensore, Cheng sta collaborando con i medici del Milton S. Hershey Medical Center per una sua sperimentazione (3).
Muhan Deng, Xiaofeng Li, Hanglin Yang, Wenkui Wei, Xiaoping Ouyang e Xiufeng Wang, tutti dell'Università di Xiangtan in Cina, sono stati coautori dell'articolo. Questo lavoro è stato sostenuto in parte dalla National Science Foundation, dal National Institutes of Health, dalla National Natural Science Foundation of China e dalla Natural Science Foundation della provincia di Hunan.
Riferimenti:
(1) Skin-Interfaced Bifluidic Paper-Based Device for Quantitative Sweat Analysis
(3) Skin-interfaced Colorimetric Bifluidic Sweat Sensor Device for the Diagnosis of Cystic Fibrosis (CF)
Descrizione foto: Un sensore indossabile, sviluppato dai ricercatori della Penn State, rileva accuratamente le concentrazioni di biomarcatori nei campioni di sudore. - Credit: Larry Cheng.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Two-channel sensor measures biomarker concentration in sweat