Náplast vám může v budoucnosti ušetřit obavy o zdraví i cestu k lékaři

26. října 2021  ·  Mgr. Hana Chajdová

Představte si, že by existovala možnost v jeden okamžik změřit krevní tlak, množství alkoholu, kofeinu, laktátu či hladiny glukózy v krvi, aniž by bylo nutné absolvovat nepříjemné píchnutí do prstu pro změření hladiny cukru, návštěvu lékaře či odběr krve.

Inženýři z Kalifornské univerzity v San Diegu takový způsob našli. Vyvinuli speciální náplast tvořenou vrstvou pružných polymerů snadno se přizpůsobujících pokožce, která obsahuje tři senzory. První senzor snímá krevní tlak a další dva – chemické – slouží pro analýzu krve. Jeden z nich je schopný měřit glukózu a druhý buď laktát, alkohol či kofein v těle. Během testování nosili dobrovolníci náplast na krku a bylo ověřeno, že naměřené výsledky se shodují s údaji získanými z komerčních monitorovacích zařízení.

Čidlo pro krevní tlak funguje na principu ultrazvuku. Zařízení je schopno emitovat ultrazvukové pulzy. Do těla jsou tedy vyslány ultrazvukové vlny, které se odrazí od tepny, senzor provede detekci ozvěny a převodník poté přiřadí signál hodnotě krevního tlaku.

Chemické senzory jsou tvořeny dvěma elektrodami. Pro měření laktátu, alkoholu či kofeinu je nejdříve na kůži elektrodou vypuštěno malé množství látky zvané pilokarpin (přesněji pilokarpin nitrát, v obrázku označený P+), která má za následek produkci potu. V něm je poté možné detekovat zmíněné tři chemické látky.

Mechanismus detekce u elektrochemických senzorů je založen na ampérometrickém stanovení za pomocí senzorů obsahujících enzymy. Pracovní elektroda s 0,1M PBS (fosfátový pufr – Phosphate Buffered Saline -– na obrázku dole) je modifikována redoxními enzymy (laktát oxidázou, glukózo oxidázou nebo alkohol oxidázou), což vede k biokatalytické oxidaci laktátu, glukózy nebo molekul alkoholu (pokud jsou ve vzorku potu přítomny) na pyruvát, kyselinu glukonovou nebo acetaldehyd jako produkty této redoxní reakce. Dalším produktem těchto redoxních reakcí je peroxid vodíku. Elektrochemická redukce uvolněného peroxidu vodíku na hydroxylové ionty probíhá na elektrodě s fosfátovým pufrem (vlevo), kde je při pH 7,4 nakalibrované napětí −0,2 V. Pokud dojde ke zvýšení koncentrace chemických analytů, zvýší se i negativní proud (vpravo). Pro kofein bylo zvoleno neenzymatické stanovení. Během procesu na elektrodě dojde k oxidaci, jejímž výsledkem je produkce analogů molekuly kyseliny močové a volných elektronů (vlevo). Uhlíková elektroda je modifikovaná pomocí mnohostěnných uhlíkových nanotrubiček (tj. trubiček se zvláštním uspořádáním uhlíkových atomů,Multi-Walled Carbon Nanotubes – MWCNT), které slouží pro detekci voltametrických pulzů během půlminutové akumulace kofeinu při −1,2 V a skenování mezi +0,5 V a +1,5 V při navyšování napětí po 0,004 V, pulzní aplitudě 0,05 V, délce pulzu 0,05 s a rychlosti skenování 0,02 V.s−1. Případné zvýšení koncentrace kofeinu se projeví jako zvýšení oxidačního signálu (vpravo).

Jak vyplývá z výše uvedeného textu, senzor měřicí glukózu vysílá do kůže mírný elektrický proud. Tímto krokem je zajištěno uvolnění tkáňového moku, ze kterého je poté získána informace o hladině cukru. V případě diabetiků, u kterých je nutné zjišťovat hladinu krevního cukru několikrát denně, tedy není nutné pokaždé absolvovat nepříjemné píchnutí do prstu či odběr krve zasahující do jejich každodenního života.

Kombinace čidla pro krevní tlak a chemického senzoru je navržena pro poskytnutí nanejvýš užitečných údajů v případě, kdy je nutné, aby si kardiak či jinak nemocná osoba sledovala krevní tlak během dne. Pokud jsou v hodnotách zjištěny výkyvy, nemusí se strachovat zbytečně, že je něco v nepořádku. Má totiž k dispozici i doplňující informace o výši alkoholu nebo kofeinu v krvi. Tyto látky mají totiž na krevní tlak vliv a je třeba je brát v úvahu.

Toto řešení přináší možnost pohodlného a neinvazivního monitorování pacientů také na jednotkách intenzivní péče včetně novorozeneckých. Není při něm totiž nutné, jako doposud, zavádět katetr do žil. S tímto úkonem je spojen nejen nepříjemný úkon napíchnutí jehly hluboko do žíly. Problémem je zejména po její aplikaci brát na ni ohled při každodenních činnostech při péči o pacienta. Katetr při nich samozřejmě způsobuje nepohodlí.

V době koronavirové krize, kdy je nanejvýš vhodné minimalizovat osobní návštěvy lékařů a lékařských zařízení zejména pro rizikové osoby, kterými jsou např. imunosupresivní pacienti, diabetici či kardiaci, může sloužit tato náplast jako skvělý nástroj pro vzdálené monitorování jejich zdravotního stavu. Stanovením zvýšené hodnoty laktátu a snížené hodnoty tlaku lze s pomocí náplasti odhalit i rozvíjející se životu nebezpečnou sepsi.

Momentálně vědci pracují na nové verzi náplasti, která by měla obsahovat ještě více senzorů. Toto vylepšení totiž umožní sledovat biomarkery spojené i s jinými nemocemi. Dalším cílem vědců je bezdrátová verze náplasti s vlastním zdrojem energie, jejíž použití tak bude ještě pohodlnější. Stávající verze prototypu je totiž přes vodiče napojena na elektrický zdroj.

Záměrem vědců je, aby v budoucnu byla náplast dostupná pro běžné nošení a užitečná i pro lidi bez zjevných zdravotních obtíží. My můžeme doufat, že k tomu dojde co nejdříve, neboť jde jistě o velmi praktického pomocníka při monitoringu zdravotního stavu, zejména v době poznamenané onemocněním Covid-19.


Zdroj:

https://www.nature.com/articles/s41551-021-00685-1

https://zdravi.euro.cz/chytra-naplast-zmeri-krevni...