Onderzoekers van de University of California San Diego hebben een slimme ring ontwikkeld die continu meerdere biochemische biomarkers in zweet kan meten. In tegenstelling tot bestaande slimme ringen, die vooral fysieke parameters zoals hartslag en activiteit registreren, biedt de nieuwe technologie ook inzicht in moleculaire processen in het lichaam.
De ring kan gelijktijdig onder meer glucose, ketonen, vitamine C, urinezuur, lactaat en alcohol monitoren. Volgens de onderzoekers kan deze combinatie van metingen nieuwe mogelijkheden bieden voor de begeleiding van onder meer diabetes, voeding en leefstijl. De resultaten zijn gepubliceerd in Nature Communications.
Niet alleen fysieke metingen
Wearables zoals smartwatches en slimme ringen spelen een steeds grotere rol bij het monitoren van de gezondheid. De meeste commerciële apparaten verzamelen echter uitsluitend biomedische gegevens, zoals hartslag, huidtemperatuur of slaapkwaliteit. Volgens de onderzoekers ontbreekt daarmee belangrijke informatie over de biochemische processen die zich in het lichaam afspelen.
De nieuw ontwikkelde ring moet dat gat dichten door niet alleen fysieke signalen, maar ook moleculaire biomarkers continu te registreren. Omdat meerdere stoffen tegelijkertijd worden gemeten, ontstaat een breder beeld van iemands metabole toestand dan met afzonderlijke sensoren mogelijk is. Een opvallend kenmerk van de technologie is dat hiervoor geen inspanning of zweten door lichaamsbeweging nodig is. De ring maakt gebruik van een techniek waarbij zweet via osmose passief uit de huid wordt onttrokken, waardoor ook in rust continu metingen kunnen worden uitgevoerd.
Glucose én ketonen monitoren
De onderzoekers zien vooral mogelijkheden voor mensen met diabetes. De ring kan glucose en ketonen gelijktijdig en continu volgen, twee biomarkers die samen belangrijke informatie geven over de stofwisseling en de effectiviteit van insulinebehandeling. In een eerste evaluatie bij gezonde vrijwilligers en mensen met diabetes type 1 bleken de glucosemetingen goed overeen te komen met de waarden van commerciële continue glucosemonitoren (CGM's). Ook de gemeten ketonwaarden vertoonden een sterke overeenkomst met bestaande bloedmeters.
Volgens de onderzoekers kan realtime inzicht in meerdere biomarkers tegelijk bijdragen aan beter onderbouwde keuzes over voeding, leefstijl en medicatie. Bovendien maakt de technologie het mogelijk om veranderingen in de gezondheidstoestand over langere tijd te monitoren.
Lab om je vinger
De slimme ring is ontwikkeld als een volledig geïntegreerd prototype. Naast de sensoren bevat het apparaat een miniatuur-elektronica, een flexibele oplaadbare zink-zilveroxidebatterij en draadloze communicatie waarmee meetgegevens naar een smartphone worden verzonden. Het zweet wordt verzameld met behulp van een osmotische hydrogel, een zacht polymeermateriaal dat een drukverschil creëert waardoor lichaamsvloeistof pijnloos vanuit de huid naar de sensor wordt getrokken. Vervolgens analyseert een elektrochemische sensorarray de aanwezige biomarkers.
Doordat de metingen herhaalt worden, leert het systeem de individuele waarden van de gebruiker beter kennen en worden gepersonaliseerde trends zichtbaar. De batterij levert voldoende energie voor ongeveer twaalf uur gebruik voordat hij weer opgeladen moet worden. Ondanks deze uitgebreide functionaliteit past alle elektronica in een ring waarvan de buitenkant is gemaakt met behulp van 3D-printtechnologie.
Hoewel de technologie zich nog in de onderzoeksfase bevindt, laat de studie zien dat draagbare sensoren zich ontwikkelen van apparaten die uitsluitend fysieke functies registreren naar systemen die ook biochemische informatie kunnen verzamelen. Volgens de onderzoekers kan dit bijdragen aan een completer beeld van de gezondheid en de basis vormen voor nieuwe toepassingen op het gebied van gepersonaliseerde monitoring en preventieve zorg.
Nederlandse innovatie
In maart van 2024 promoveerde onderzoeker Emma Moonen aan de TU/e op een methode om gezondheidsinformatie uit zweet te halen met behulp van een wearable. Zij ontwikkelde daarvoor een microfluïdisch apparaat dat zweet op een volledig niet-invasieve manier kon analyseren. Dat apparaat kon bijvoorbeeld worden toegepast in een 3D-geprinte vingerclip of als wearable op de arm.
Binnen de sensor worden zweetdruppels met behulp van elektro-wetting-op-dielectrieken (EWOD) naar sensoren geleid voor analyse. Volgens Moonen biedt de technologie een comfortabel en patiëntvriendelijk alternatief voor bloedprikken en sluit zij aan bij de groeiende belangstelling voor continue, niet-invasieve gezondheidsmonitoring.
Referenties
Nature Communications (onderzoek)
Foto: David Baillot / UC San Diego Jacobs School of Engineering
