Waterdichte wearable kan zweet analyseren, zelfs als u zwemt

Atleten bij de Ironman World Championship triatlon in 2018 waren een van de eersten die een nieuwe zweetsensor testten in ontwikkeling bij ingenieurs van de Northwestern University. Omdat de beste triatleten ter wereld 2,4 mijl zwommen, 100 mijl fietsten en een marathon liepen, hechtte dit kleine draagbare voorwerp zich direct aan hun huid als een doorschijnende pleister, waarmee de unieke chemie van elke zweetdruppel gemeten werd - vitale metingen overbrengend die een intens uithoudingsrace kan maken of breken.

Als het gaat om draagbare sensoren in de sport, denken we traditioneel aan meetgegevens zoals vermogen of hartslag die een atleet kunnen helpen zijn prestaties te beheren. Maar het draagbare veld breidt zich uit en wetenschappers zijn op zoek naar een groter aantal factoren die de atletische prestaties kunnen beïnvloeden. De zweetsensor is lid van deze nieuwe klasse van draagbare technologie.

Het is ontwikkeld door John Rogers, Ph.D., een technisch hoogleraar bij Northwestern en voorzitter van de raad van bestuur van Epicore Biosystems - een bedrijf dat is gespecialiseerd in flexibele huidapparatuur die vloeistoffen bewaakt. Hij vertelt omgekeerde dat de vroege tests van het apparaat op het Ironman World Championship succesvol waren en dat ze er naar streven om binnen het jaar een commerciële versie van het apparaat te lanceren. Zijn Science Advances paper, vrijgegeven vrijdag, geeft enkele details over hoe de patch werkt.

"We wilden graag zien of de apparaten open zouden blijven," zegt Rogers over de proef op het Ironman World Championship. "Ze rennen rond, ze zwemmen, ze fietsen. De apparaten presteerden de hele tijd goed, ze verzamelden zweet en deden de uitlezing zoals we verwachtten. De atleten ontdekten dat de apparaten waardevolle informatie leverden - ze waren op geen enkele manier storend of irriterend."

Zweetverlies en zweetchemie meten

De zweetsensor van Rogers, die tot nu toe niet genoemd is, is niet de eerste zweetsensor die er is. Hij is echter van mening dat zijn ontwerp en robuustheid hem onderscheiden. Het nieuwe papier geeft aan dat de sensor volledig elektronicavrij is en is gebaseerd op het ontwerp van de flexibele kleefpleister, die als een pleister op de huid blijft plakken.

"We verzamelen in feite in totaal een of twee druppeltjes zweet," zegt Rogers. "Het zweet als het uit de huid komt, gaat onmiddellijk naar volledig afgesloten kanalen en reservoirs waar we de zweetratio, het zweetverlies en de zweetchemie kunnen voorlezen."

Vanaf daar functioneert de wearable eigenlijk als een thermometer, zegt Rogers. Terwijl het zweet de kanalen vult, wordt het rood of blauw. De kloksgewijze afstand tussen deze twee rode of blauwe markeringen geeft aan hoeveel zweet verloren is gegaan, hoewel de twee markeringen bij plaatsing op de menselijke huid vrij zwak zijn:

Het enige aspect van zweetchemie dat dit apparaat kan meten, tenminste zoals het op dit moment bestaat, zijn elektrolytniveaus. Dat is om twee redenen opmerkelijk. Ten eerste zijn enkele auteurs van dit artikel in dienst van het Gatorade Sports Science Institute, dus elektrolytenverlies zit zeker in hun stuurhut. Toch kan het handhaven van de elektrolytenbalans - vooral natrium- belangrijk zijn in de loop van langdurige uithoudingsgebeurtenissen. De meeste mensen hebben om te beginnen meer dan genoeg natrium in hun voeding, maar voor atleten met marathons en ultramarathons zijn er richtlijnen voor de inname van natrium (vooral voor "zoute truien").

Deze wearable maakt gebruik van een combinatie van chemicaliën die reageren met de moleculen die verloren gaan in het zweet. Als het elektrolytenverlies hoog is, zal het zweet dat in de pleister is opgesloten van kleur veranderen als de zaken verschrikkelijk worden:

"We hebben een chemisch reagens dat in kleur verandert van lichtroze naar donkerrood, afhankelijk van het elektrolytniveau", zegt Rogers. "Alleen al door het oog kun je kijken en zien" Oh, mijn zweetelektrolytniveau is erg hoog, of het is medium, of het is laag. "Je kunt die informatie helemaal zonder elektronica gebruiken."

Tests op echte sporters

Het papier houdt zich voornamelijk bezig met de constructie van de apparaten, maar het merkt wel op dat de patch met succes zweet uit zoutwater heeft uitgefilterd in zwemsessies voor de Ironman-atleten. Hij hield ook meer dan twee uur aan "onderwateroperaties" vast aan de huid. Hij noemt de Ironman-proef een "pilootstudie" - hoewel hij merkt dat ze het hebben getest bij "ongeveer 250 atleten op dit punt", inclusief tennisspelers en basketbal spelers

In de huidige staat verzendt het apparaat geen informatie naar bijvoorbeeld een mobiele app. Op dit moment zouden de apparaten disposable zijn - je zou een nieuwe gebruiken voor elke race of trainingssessie. Hij gaf ook aan dat er binnen het jaar een commerciële lancering zal plaatsvinden en dat hij samenwerkt met een "grote" industriepartner.

"We zijn behoorlijk diep in het testen van deze apparaten, hoewel ik zou zeggen dat het Ironman-evenement in Kona de meest uitdagende was, gezien de uiteenlopende omstandigheden tijdens je race," voegt hij eraan toe. "We waren blij om te zien dat de apparaten vrij goed werken."

> Abstract: Niet-invasieve, in situ biochemische monitoring van de fysiologische status, via het gebruik van zweet, kan nieuwe vormen van diagnostiek voor de gezondheidszorg en gepersonaliseerde strategieën voor hydratatie mogelijk maken. Recente ontwikkelingen in technologieën voor het verzamelen en detecteren van zweeten bieden krachtige mogelijkheden, maar ze zijn niet effectief voor gebruik in extreme situaties, zoals in water- of drogere omgevingen, vanwege unieke uitdagingen bij het elimineren van interferentie / contaminatie van omringend water, behoud van robuuste adhesie in de aanwezigheid van viskeuze sleep krachten en / of krachtige bewegingen en voorkom verdamping van verzameld zweet. Dit artikel introduceert materialen en ontwerpen voor waterbestendige, epidermale, microfluïdische en elektronische systemen die aan de huid hechten om opname, opslag en analyse van zweet mogelijk te maken, zelfs als deze volledig onder water is. Veldproeven tonen het vermogen van deze apparaten om kwantitatieve in situ metingen van lokale zweetchlorideconcentratie, lokaal zweetverlies (en zweetsnelheid) en huidtemperatuur te meten tijdens krachtige fysieke activiteit in gecontroleerde, binnenomstandigheden en in open oceaan zwemmen.