Теперь междисциплинарный инженер Tufts и его команда разработали простое устройство с использованием специально разработанной зубной нити, которое может легко и точно измерять кортизол, гормон стресса, в режиме реального времени.

"Это началось в сотрудничестве с несколькими отделами Tufts, изучавшими, как стресс и другие когнитивные состояния влияют на решение проблем и обучение", - сказал Самир Сонкусале, профессор электротехники и вычислительной техники. "Мы не хотели, чтобы измерения создавали дополнительный источник стресса, поэтому подумали, можем ли мы создать чувствительное устройство, которое станет частью вашей повседневной рутины? Кортизол - это маркер стресса, содержащийся в слюне, поэтому использование зубной нити показалось естественным для ежедневного взятия пробы".

Их конструкция зубной нити, чувствительной к слюне, выглядит точно так же, как обычная зубочистка, с ниткой, натянутой на два зубца, отходящих от плоской пластиковой ручки, размером примерно с ваш указательный палец. Слюна собирается капиллярным действием через очень узкий канал в зубной нити. Жидкость втягивается в ручку для сбора и прикрепленный к ней язычок, где она распределяется по электродам, которые определяют уровень кортизола.

Распознавание кортизола на электродах осуществляется с помощью замечательной технологии, разработанной почти 30 лет назад, под названием электрополимеризованные полимеры с молекулярным отпечатком (eMIPs). Они работают аналогично тому, как вы могли бы сделать гипсовый слепок своей руки. Полимер образуется вокруг молекулы-матрицы, в данном случае кортизола, который позже удаляется, оставляя после себя участки связывания. Эти участки обладают физической и химической "памятью" формы молекулы-мишени, поэтому они могут связывать свободно плавающие молекулы, которые поступают внутрь.

Формы eMIP универсальны, поэтому можно создавать датчики зубной нити, которые обнаруживают другие молекулы, которые можно обнаружить в слюне, такие как эстроген для отслеживания фертильности, глюкоза для мониторинга диабета или маркеры рака. Существует также потенциал для одновременного обнаружения нескольких биомаркеров в слюне для более точного мониторинга стресса, сердечно-сосудистых заболеваний, рака и других состояний.

"Подход eMIP меняет правила игры", - сказал Сонкусале. "Биосенсоры обычно разрабатываются с использованием антител или других рецепторов, которые улавливают интересующую молекулу. Как только маркер найден, предстоит проделать большую работу по биоинженерии принимающей молекулы, прикрепленной к датчику. eMIP не требует больших инвестиций в создание антител или рецепторов. Если вы обнаружите новый маркер стресса или любого другого заболевания или состояния, вы можете просто создать полимерный слепок за очень короткий промежуток времени".

Точность датчиков уровня кортизола сравнима с самыми производительными датчиками, представленными на рынке или находящимися в стадии разработки. Использование этого устройства дома и в руках людей, не нуждающихся в обучении, позволит включить мониторинг стресса во многие аспекты медицинского обслуживания. В настоящее время Сонкусале и его коллеги создают стартап, чтобы попытаться вывести продукт на рынок.

Он отмечает, что, хотя датчик зубной нити обладает высокой количественной точностью, практика отслеживания маркеров в слюне лучше всего подходит для мониторинга, а не для первичной диагностики состояния. Отчасти это объясняется тем, что маркеры слюны все еще могут различаться у разных людей.

"Для диагностики кровь по-прежнему является золотым стандартом, но как только вам поставят диагноз и назначат лечение, если вам нужно отслеживать, скажем, состояние сердечно-сосудистой системы с течением времени, чтобы увидеть, улучшается ли состояние вашего сердца, то мониторинг с помощью датчика может быть простым и позволяет своевременно вмешаться при необходимости". он говорит.

Новое исследование, опубликованное в журнале ACS Applied Materials and Interfaces, дополняет ряд сенсорных инноваций Сонкусале и его исследовательской группы на основе нитей, включая датчики, которые могут обнаруживать газы, метаболиты в поте или движение при встраивании в одежду, а также транзисторы, которые могут быть встроены в гибкие электронные устройства.