Kan telefonens kompas bruges til at måle glukose?

Fra telefonkompas til glukosemåling

Måling af glukose og andre sundhedsparametre kan være vigtig ved bestemte sygdomme. Det kræver ofte laboratorieanalyser eller særligt måleudstyr.

Forskere ved det amerikanske National Institute of Standards and Technology, NIST, har undersøgt en ny anvendelse af smartphonens indbyggede magnetometer. Arbejdet blev offentliggjort i Nature Communications under titlen »Kvantitativ måling af væskeprøver med høj følsomhed ved hjælp af et smartphonekompas«.

Forsøget viste måling af glukose og pH ved at kombinere telefonens magnetometer med et særligt materiale. Telefonen alene blev ikke dermed et godkendt medicinsk måleapparat.

Mark Ferris og Gary Zabow brugte en specialudviklet hydrogel med magnetiske partikler. En hydrogel er et netværk af polymerer, som kan optage store mængder vand.

To lag med forskellig reaktion på glukose eller pH fik materialet til at bøje, når betingelserne ændrede sig. Det forstærkede bevægelsen.

Bevægelsen ændrede de magnetiske partiklers afstand til magnetometeret. Telefonen registrerede den tilsvarende ændring i magnetfeltet.

Kilde: NIST

Forskerne demonstrerede glukosemåling ved encifrede mikromolære koncentrationer, altså få milliontedele mol pr. liter. Det er en koncentration, ikke blot en stofmængde. Høj følsomhed alene dokumenterer ikke klinisk diagnostisk nøjagtighed.

En lille prøvebeholder og hydrogel kan fastgøres ved telefonen med en plastikholder. Magnetometersignalet kan registreres med software. Holderen kan eksempelvis 3D-printes.

Kilde: Nature Communications

Mulige fordele ved telefonbaserede målinger

Metoden kan gøre udstyr mere tilgængeligt, men fordelene skal vurderes sammen med krav til kalibrering, holdbarhed og klinisk validering.

• Pris: En eksisterende smartphone kan levere magnetometer, strøm og databehandling, så noget særskilt elektronik kan undværes.
  • Forskerne anslog materialeomkostningerne til hydrogelaktuatorerne til 0,16 dollar for glukose og 0,03 dollar for pH. Det var ikke prisen på en færdig, godkendt test med holder, software og kvalitetskontrol.
• Opstillingen behøver ikke en ekstra elektrisk strømkilde ud over telefonen. Det kan være praktisk uden adgang til omfattende laboratorieudstyr.
• Telefonens netforbindelse kan understøtte overførsel af måledata til sundhedssystemer. Sikker integration og databehandling kræver dog udvikling og kan medføre omkostninger.
• Et følsomt system kan potentielt arbejde med små prøver. Hvor belastende prøvetagningen er, afhænger stadig af prøvetype og fremgangsmåde.

Hvis teknologien bliver tilstrækkeligt pålidelig og brugervenlig, kan den understøtte mere tilgængelige målinger. Den mulige patientnytte skal afprøves.

Kilde: Unsplash

Hvad er næste?

Regulering

For at blive et klinisk glukosemålesystem skal opstillingen udvikles og testes under relevante forhold. Et medicinsk produkt skal desuden opfylde gældende regulatoriske krav.

Der er både tekniske og regulatoriske opgaver tilbage. Følsomhed i en forsøgsopstilling er ikke tilstrækkelig dokumentation for sikker patientbrug.

Software, der omsætter magnetiske signaler til måleresultater, skal også udvikles, kalibreres og valideres sammen med det samlede system.

Kilde: Unsplash

Hvis helbredsdata lagres eller deles, skal løsningen håndtere fortrolighed, adgangskontrol og datasikkerhed. Det gælder også ved integration med andre apps og sundhedspersonale.

Flere sundhedsmålinger

Glukose og pH fungerede som demonstrationsmål. Andre stoffer vil kræve egnede materialer og særskilt validering.

Den høje følsomhed kan muligvis gøre måling af glukose i spyt relevant. Det er ikke det samme som, at spytmålinger allerede kan erstatte blodglukosemåling; sammenhængen og den kliniske anvendelighed skal undersøges.

Forskerne peger også på mulige målinger af andre molekyler.

Et eksempel er histamin, hvor visse kliniske undersøgelser bruger døgnurin og laboratorieanalyse. En telefonbaseret metode var en mulig fremtidig anvendelse, ikke en færdig erstatning for disse undersøgelser.

Andre hydrogelblandinger kan udformes med grupper, som binder bestemte målstoffer. Natrium, kalium, laktat og enzymaktivitet er mulige forskningsområder, men kræver deres egne designs og forsøg.

Kilde: Unsplash

Forbedring af hydrogelmåleren

Den undersøgte geometri med to hydrogellag er kun én mulighed. En konstruktion fastgjort i begge ender, som bukker under påvirkning, kan eksempelvis undersøges for bedre stabilitet.

En drejende aktuator kan ændre magnetfeltets retning og dermed signalområdet. Sådanne alternative bevægelser er forslag til videre udvikling.

Systemet skal kunne håndtere forstyrrelser, variation i prøven og stoffer, der påvirker målingen. Hurtigere reaktion og lang holdbarhed er også vigtige mål.

Telefonen som kemisk analyseværktøj

Mulige anvendelser rækker ud over sundhed. pH-måling er eksempelvis relevant i drikkevarer, vand og miljøprøver.

En magnetisk metode kan være nyttig, når prøvens farve eller uklarhed vanskeliggør optiske analyser. Sammenligninger med laboratorieudstyr må knyttes til de konkret målte egenskaber, ikke til fuld funktionel lighed.

Hydrogeler kan også designes til at reagere på andre kemiske eller fysiske påvirkninger, eksempelvis temperatur, lys eller ionstyrke.

Mulige anvendelser omfatter analyser af vand og fødevarer, men hver måling kræver et materiale, der reagerer på det ønskede stof, og en metode til at håndtere prøvens øvrige indhold.

Kan telefonen opdage bestemte DNA-sekvenser?

På længere sigt kunne man undersøge hydrogelmaterialer med målrettet genkendelse, eksempelvis molekylært prægede polymerer eller komplementære nukleinsyresekvenser. Det kan åbne mulighed for at registrere bestemte proteiner eller DNA-sekvenser. Det er ikke fuld DNA-sekventering eller en demonstreret erstatning for smittetests.

Fremtidige målinger og overvågning

Arbejdet viser en mulig anvendelse af smartphones i kemisk analyse. Det demonstrerer ikke i sig selv kontinuerlig måling inde i kroppen.

Telefoner indeholder sensorer, der kan indgå i nye målesystemer, når de kombineres med passende prøveholdere, materialer og software.

Fremtidige systemer kan måske gøre visse prøver lettere at undersøge. En telefon kan dog ikke automatisk måle vilkårlige sygdomsmarkører, blot fordi man lægger en dråbe spyt på den eller ånder mod den.

Virksomheder inden for forbundne sundhedsenheder

1. Koninklijke Philips N.V.

Philips leverer både personlige plejeprodukter og sundhedsteknologi. For patentansøgninger inden for medicinsk teknologi ved EPO i 2022 var selskabet den største europæiske ansøger og nummer to på verdensplan.

Selskabets sundhedsaktiviteter omfatter blandt andet billeddiagnostik, patientovervågning og forbundne systemer. Det bør ikke beskrives som en nutidig bred halvlederproducent på grundlag af sin tidligere halvlederdivision.

Bærbare sensorer kan bruges til at følge eksempelvis hjertets aktivitet, vejrtrækning og fysisk aktivitet. Philips arbejder blandt andet med patientovervågning og tilknyttede digitale løsninger.

Udvikling af forbundne sundhedsprodukter kan ske gennem samarbejde. Philips arbejder med partnereom blandt andet teknologi og integration. Omfanget af produktudvikling, rådgivning og produktion afhænger af det konkrete samarbejde.

Forbundne enheder og digitale platforme kan samle sundhedsdata og understøtte analyse. Samspillet mellem sensorer, software og kliniske arbejdsgange er centralt.

Kilde: Philips

Philips’ erfaring med sundhedsdata kan være relevant for fremtidige sensorer. Artiklen dokumenterer dog ikke, at Philips samarbejder om eller har integreret NISTs hydrogelmetode.

2. Garmin Ltd.

Garmin udvikler navigation og elektronik til blandt andet biler, sejlads, luftfart, friluftsliv og fitness. Selskabet tilbyder også funktioner til sundhedsrelateret overvågning.

I 2022 stod fitnesssegmentet for cirka 23% af omsætningen og 10% af driftsresultatet. Garmin solgte samlet omkring 15 millioner enheder det år; tallet gælder hele selskabet og ikke kun fitnessprodukter.

Kilde: Garmin

Garmin tilbyder et økosystem af sundhedsdata til forskning, blandt andet i forbindelse med søvn, depression, kræftbehandlinger, kvindesundhedog træthed ved bilkørsel.

Fitness og friluftsliv er vigtige forretningsområder for Garmin. De er forskellige segmenter, og deres udvikling bør ikke blandes sammen med omsætningen fra navigation eller andre aktiviteter.

Nye målemetoder kan være relevante for brugere med interesse for sundhed. Det er dog ikke vist, at Garmin har indført denne hydrogelteknologi.

Der kan på længere sigt undersøges mindst to mulige integrationsformer:

• En særlig måleopstilling omkring et eksisterende eller tilføjet magnetometer. Det kræver mere end blot at have et kompas i enheden.
• Forbindelse til en telefonbaseret måler, så data kan vises sammen med andre aktivitets- og sundhedsoplysninger.

Garmin har en stærk position inden for sports- og friluftsure. Den omtalte markedsanalyse fra 2022 fremhævede selskabets position blandt dyrere smartwatches. Sammenligningen med Apple (AAPL ) gjaldt den pågældende analyse og periode og bør ikke læses som en permanent markedsrangering.