汗が含む成分を検出するウェアラブルセンサー (Wearable sensors detect what’s in your sweat)

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2019/8/16 アメリカ合衆国カリフォルニア大学バークレー校(UCB)

A close up shot of a new sweat sensor on a person's forehead

A photo of the sensors printed on a transparent sheet of plastic

・ UCB が、汗に含まれる様々な成分を同時に検出する、非侵襲的でウェアラブルなマイクロ流体センシングパッチを開発。脱水症状や倦怠感といった生理的状態のリアルタイムな測定を目指しており、ポイントオブケア医療や、運動競技用アプリケーションへの活用促進が期待される。
・ 新技術によるセンサーは、ロール・ツー・ロール(R2R)回転スクリーン印刷でプラスチックシート上に迅速に作製可能。運動中の人や化学的に誘発した汗をかいている人などから採取した汗に含まれる電解質や代謝産物の比率を、センサーでモニタリング。汗の成分を「解読」する。
・ また、センサーにはマイクロ流体であるらせん状の微小な管があり、皮膚が発する汗を毛細管作用で運ぶ。センサーは、このマイクロ流体を流れる汗の速さを追跡し、人がどれ位の汗をかいているか、汗の比率を報告する。
・ マイクロ流体には、カリウムやナトリウムといった電解質や、グルコースといった代謝産物の濃度を検出するケミカルセンサーが装備されている。
・ パッチ状のセンサーは、R2R 方式でプラスチックのシート上にプリント可能なため、安価、短時間で大量に製造可能。汗センシング技術を実用化する潜在性をもつ。
・ 汗の分析がリアルタイムな健康状態把握にどれほど役立つかを検証するため、自転車こぎ運動中の人の体の様々な部位にセンサーを装着し、発汗速度と汗中のカリウム、ナトリウムの含有率を測定。その結果、運動中の全身の水分喪失量を発汗速度から推定できたので、例えば、発汗速度を追跡することで、アスリートの過剰な運動を抑制させる指針となりうることが判明。
・ 研究チームはまた、同センサーを用いて、健常者と糖尿病患者の汗中のグルコース濃度と血糖値の相関性を比較。その結果、汗中のグルコース濃度は、必ずしも血糖値を示すものではないことが判明。
・ 糖尿病患者の汗の非侵襲的な測定が、侵襲的な血液検査の代替えとなりうるか、大いに期待されたところだが、汗と血糖値には端的で普遍的な相関性はないことが示された。今後は、引き続き、個別及び多重測定の相関性を検証する予定。
・ 本研究は、米国立科学財団(NSF) Nanomanufacturing Systems for Mobile Computing and Mobile Energy Technologies (NASCENT) 、Berkeley Sensor and Actuator Center (BSAC) 、Bakar fellowship の支援を受けた。
URL: https://news.berkeley.edu/2019/08/16/wearable-sensors-detect-whats-in-your-sweat/

(関連情報)
Science Advances 掲載論文(フルテキスト)
Regional and correlative sweat analysis using high-throughput microfluidic sensing patches toward decoding sweat
URL: https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaaw9906

<NEDO海外技術情報より>

Abstract

Recent technological advancements in wearable sensors have made it easier to detect sweat components, but our limited understanding of sweat restricts its application. A critical bottleneck for temporal and regional sweat analysis is achieving uniform, high-throughput fabrication of sweat sensor components, including microfluidic chip and sensing electrodes. To overcome this challenge, we introduce microfluidic sensing patches mass fabricated via roll-to-roll (R2R) processes. The patch allows sweat capture within a spiral microfluidic for real-time measurement of sweat parameters including [Na+], [K+], [glucose], and sweat rate in exercise and chemically induced sweat. The patch is demonstrated for investigating regional sweat composition, predicting whole-body fluid/electrolyte loss during exercise, uncovering relationships between sweat metrics, and tracking glucose dynamics to explore sweat-to-blood correlations in healthy and diabetic individuals. By enabling a comprehensive sweat analysis, the presented device is a crucial tool for advancing sweat testing beyond the research stage for point-of-care medical and athletic applications.