Tarvitsetko glukoosimittaria? Puhelimesi saattaa pian olla ratkaisu

Puhelimen kompassista glukoosimittariksi

Monitoring health metrics like glucose levels is often required in many health conditions. This usually requires either lab tests or expensive dedicated medical devices.

Tarvitsetko glukoosimittaria? Tämä saattaa muuttua, kun nykyisen kaikkialle levinneen älypuhelimen osia hyödynnetään uudelleen, kertovat Yhdysvaltain Boulderissa sijaitsevan National Institute of Standards and Technologyin tutkijoiden julkaisema tieteellinen artikkeli nimeltä “Kvantitatiivinen, korkean herkkyyden mittaus nesteargumeille älypuhelimen kompassia käyttäen.”.

He löysivät tavan käyttää älypuhelimen sisäänrakennettua magneettikompassia uudelleen lääketieteellisenä laitteena, joka pystyy mittaamaan glukoosia tai pH:ta.

Tämä innovatiivinen älypuhelimen sovellus perustuu hydrogeeliin, huokoiseen aineeseen, joka turpoaa veden kosketuksessa. Tutkijat Mark Ferris ja Gary Zabow loivat räätälöidyn hydrogeelin, johon on upotettu pieniä magneettisia hiukkasia.

Tämä hydrogeeli suunniteltiin reagoimaan glukoosipitoisuuden tai pH:n (happamuuden) muutoksiin kutistumalla tai laajentumalla. Tämä toteutettiin luomalla kaksi hydrogeelikerrosta, joista kumpikin muuttui koon suhteen eri nopeudella vasteena pH:lle tai glukoosille.

Koon muutos siirtää magneettisia hiukkasia lähemmäs tai kauemmas puhelimen kompassista, mikä voidaan helposti mitata puhelimella.

Lähde: NIST

Sekä glukoosi että pH ovat tärkeitä mittareita monissa sairauksissa, mukaan lukien diabetes. Menetelmä saavutti vaikuttavan herkkyyden, havaiten muutoksia jo muutaman miljoonasosan moolissa (tieteellinen yksikkö tietylle atomien tai molekyylien määrälle aineessa), paljon tarkkuuden alapuolella, joka vaaditaan oikeassa diagnoosissa.

Hydrogeeli voidaan liittää älypuhelimeen yksinkertaisella muoviklamppauksella, ja magneettikentän vaihtelua voidaan mitata yksinkertaisella sovelluksella. Muoviklamppu voidaan jopa 3D-tulostaa.

Lähde: Nature

Puhelin-glukoosimittareiden keskeiset edut

Itse asiassa tämä mittausmenetelmä ei tarjoa teknisesti tarkempaa glukoosin tai pH:n mittausta. Mutta se tuo mukanaan muutamia keskeisiä etuja:

• Kustannukset: Koska älypuhelimet ovat jo saatavilla, tarve räätälöidylle erikoislaitteelle poistuu.
  • Lisäksi tässä käytetyt hydrogeelit ovat edullisia ja helppoja valmistaa suuressa mittakaavassa. Tämä pitää glukoosin mittaus“kasetin” kustannukset alhaisina. Tutkija arvioi hydrogeeliaktuaattorien kustannuksiksi glukoosimittauksessa 0,16 $ ja pH:lle 0,03 $.
• Se ei myöskään vaadi erillistä virtalähdettä, mikä tekee siitä ihanteellisen mittausvälineen kaikissa tilanteissa, kotona, toimistossa jne.
• Koska älypuhelimet ovat jo varustettu yhteyksillä, ne voivat välittää lääketieteelliset tiedot suoraan lääkäreille tai terveyssovellukselle, tarjoten suoraa dataa digitaalisiin terveysjärjestelmiin ilman lisäkustannuksia.
• Menetelmän äärimmäinen herkkyys mahdollistaa erittäin pienen näytteen käytön, mikä tekee mittauksesta vähemmän invasiivisen.

Kaiken kaikkiaan tämä voisi radikaalisti muuttaa miljoonien potilaiden arkea, samalla parantaen keskeisten terveysmittareiden seurantaa ja digitaalisen datan laatua.

Lähde: Unsplash

Mitä seuraavaksi?

Sääntely

Tämä innovaatio on muutettava helppokäyttöiseksi glukoosimittausmenetelmäksi, joka täytyy testata lääketieteellisten ammattilaisten toimesta ja vahvistaa terveysviranomaisten, kuten FDA:n, toimesta.

Vaikka tämä onkin enemmän sääntelykysymys kuin tekninen, se todennäköisesti vaatii aikaa ja rahaa.

Erillinen ohjelmisto ja siihen sopiva ergonominen sovellus, joka muuntaa magneettimittauksen glukoosimittaukseksi, täytyy myös kehittää ja saada lääkärien ja sääntelyviranomaisten hyväksyntä.

Lähde: Unsplash

Lopuksi, kaikki lääketieteellisen datan jakaminen on toteutettava siten, että varmistetaan tietojen turvallinen ja luottamuksellinen säilytys. Kaikki integraatiot muiden terveysseurantasovellusten tai terveydenhuollon ammattilaisten kanssa kohtaavat samat vaatimukset.

Lisää terveysmittauksia

Tutkijat käyttivät tässä tutkimuksessa glukoosia ja pH:ta konseptin todistuksena, mutta monia muita biologisia mittareita voitaisiin mitata samalla tavalla.

Esimerkiksi äärimmäinen herkkyys tarkoittaa, että glukoosia voitaisiin mitata myös syljestä, joka on paljon vähemmän konsentroitu kuin veressä. Yhdistettynä älypuhelimen helppokäyttöisyyteen, tämä tekisi mittauksesta paljon vähemmän invasiivisen kuin nykyiset glukoosimittarit.

Menetelmää voitaisiin käyttää myös muihin molekyyleihin.

Esimerkiksi histamiineja mitataan yleensä kehittyneillä laboratoriotutkimuksilla ja ne vaativat 24‑tunnin virtsankeruun, mutta ne voitaisiin mitata kotona tällä uudella menetelmällä.

Tätä voitaisiin käyttää myös omistettuja hydrogeelikaavoja, jotka sisältävät analyytin sitoutumiskohteita. Tämä voisi saada hydrogeelin reagoimaan merkittäviin kohteisiin, kuten natriumiin, kaliumiin, laktattiin ja entsyymeihin.

Lähde: Unsplash

Parannettu hydrogeelidetektorin suunnittelu

Tässä tutkimuksessa ehdotetut kaksikerroksiset tasaiset hydrogeelilevyt ovat vain yksi vaihtoehto hydrogeelimittauslaitteen suunnittelussa.

Tutkijat ehdottavat vaihtoehtoja, kuten “kaksoiskaaren liike, jossa hydrogeeli on kiinnitetty kahteen päähän yhden sijaan, voi parantaa vakautta”.

Kierrevä hydrogeeliliike voi mahdollistaa kentän suunnan vaihtamisen negatiivisesta positiiviseen, kaksinkertaistaen mahdollisen signaalimuutoksen ja laajentaen dynaamista aluetta, jos seurataan, kuinka monta kertaa kentän suunta vaihtuu jokaisen 180° hydrogeelitoimittimen käännön välillä.

On myös tärkeää varmistaa, että järjestelmä havaitsee häiriöt ja epäpuhtaudet, jotka voisivat vääristää mittausta.

Hydrogeelin pitkä säilyvyys on myös välttämätöntä mahdollisen kaupallisen menestyksen kannalta.

Puhelimien muuntaminen kemiallisiksi analyysivälineiksi

Toinen tämän löydön sovellus on ylittää biologisten parametrien mittaus. Esimerkiksi pH:n mittaus on hyödyllinen verinäytteessä, mutta yhtä hyödyllinen myös veden tai maaperän pH:n mittaamisessa.

Tämä voisi tehdä järjestelmästä tehokkaan vaihtoehdon kenttätestiliuskoille, tarjoten samalla tuhannen dollarin pöytämittarin tarkkuuden murto-osalla kustannuksista.

Hydrogeeliä voitaisiin myös suunnitella reagoimaan muihin kemiallisiin ja fysikaalisiin ärsykkeisiin, kuten valoon, ionivahvuuteen ja lämpötilaan.

Mahdollisia sovelluksia kuvittelee kotona tehtävä kemiallisten saasteiden pitoisuuksien kvantifiointi juomavedessä, elintarvikkeiden testaus läpinäkymättömille nesteille kuten appelsiinimehu, maito, kahvi, viini tai keitot, sekä ympäristöanalyysi, kuten sumuisen järvi- tai puroveden analysointi syrjäisissä paikoissa.

Älypuhelinpohjainen DNA-lukeminen?

Tulevaisuudessa voimme kuvitella hydrogeelin hyödyntävän kehittyneitä kohdistustekniikoita, kuten molekyylisesti muotoiltuja polymeerejä ja komplementaarisia nukleiinihapparakenteita. Tämä antaisi hydrogeelille kyvyn reagoida tiettyihin proteiineihin ja DNA-jaksoihin.

Näin älypuhelimet voisivat tunnistaa patogeeneja ilmassa tai vedessä, korvaten kalliita ja jätettä tuottavia testejä, kuten pandemian aikana käytettyjä Covid-testejä.

Jatkuva seuranta

Tämä tutkimus havainnollistaa, miten älypuhelimet ja laajempi IoT (esineiden internet) todennäköisesti mullistavat tapaa, jolla käsittelemme lääketieteellisiä ja kemiallisia mittauksia tulevaisuudessa.

Kantamme jatkuvasti taskuissamme monimutkaista elektronista laitetta, jossa on jo sisäänrakennettuja äärimmäisen herkkiä analyysityökaluja, joita voidaan käyttää uudelleen uusissa sovelluksissa.

Glukoosimittaus on todennäköisesti yksi ensimmäisistä, mutta voimme helposti kuvitella tulevaisuutta, jossa pudotamme vain tipan sylkeä tai puhallamme puhelimeen, ja se antaa meille biokemiallisia tietoja, patogeenien havaitsemista, saastevaroituksia jne.

IoT- ja terveysanturiyritykset

1. Koninklijke Philips N.V.

Philips on tunnettu kulutuselektroniikan brändi (partaterät, sähköhammasharjat), joka on yhtä aktiivinen terveydenhuollossa. Se oli vuoden 2022 MedTech‑patenttihakemuksissa Euroopassa ykkönen.

Se on aktiivinen yhdistetyissä lääketieteellisissä tuotteissa, aina kannettavista laitteista kuvantamiseen, hengityslaitteisiin tai lääketieteellisiin robotteihin. Yritys on myös mukana puolijohteissa (mukaan lukien maglev‑teknologia) ja korkean teknologian/robotiikan/automaatiossa.

Philipsin kannettavat laitteet kattavat sydämen, hengityksen ja aktiivisuuden mittaukset. Sen antureita voidaan integroida älykelloihin, terveysseurantalaitteisiin, lääketieteellisiin laastareihin ja aktiivisuusmittareihin.

Kannettavien osalta Philips suosii kumppanuusratkaisua, jossa se kehittää kolmansille osapuolille “niiden” yhdistettyjä IoT‑lääketieteellisiä laitteita, jotka ovat täysin yhteensopivia Philipsin muiden ratkaisujen kanssa. Tässä yhteydessä se tarjoaa asiakkailleen prototyyppien suunnittelua, sääntelyneuvontaa, täyden tuotekehityksen ja teollisen mittakaavan tuotannon.

Yritys haluaa luoda täysin integroidun digitaalisen terveydenhuollon ympäristön, jossa anturit sopivat laitteisiin, ja käyttää useita yhteysratkaisuja integroitumaan Philips HealthSuite Cloud -ratkaisuun ja mahdollistamaan syvällisen data-analytiikan.

Lähde: Philips

Koska Philipsilla on historia laajojen kumppanuuksien luomisessa terveysmittauksissa ja datan integroimisessa terveydenhuollon SaaS‑palveluihin, se voi olla erinomaisessa asemassa myös älypuhelinpohjaisten glukoosi- ja pH‑tietojen integroimisessa.

2. Garmin Ltd.

Garmin on ulkoiluelektroniikan johtaja, alun perin GPS‑ ja navigointilaitteiden (autot, meri ja lentokoneet) tarjoajana, laajentunut nykyään kunto- ja terveysseurantaan.

Kuntoilu muodostaa 23 % yrityksen liikevaihdosta ja 10 % käyttövoitoista, pääosin älykellojen ansiosta. Se on toimittanut 15 miljoonaa laitetta vuonna 2022.

Lähde: Garmin

Garmin tarjoaa täydellisen terveysdataympäristön tutkijoille, auttaen aloja kuten tutkimus unesta, masennuksesta, syöpähoidoista, naisten terveydestä, tai jopa uneliaisuudesta ajossa.

Garmin ei ehkä ole teknologiagigantti, mutta se on tarkasti keskittynyt ulkoilu‑ ja kuntoilukohteeseen, jolloin puolet sen tuloista tulee navigoinnin ohella. Tämä sektori on myös yrityksen tärkein kasvualuetta, ja sen osuus todennäköisesti nousee tulevaisuudessa pääasialliseksi tulonlähteeksi.

On todennäköistä, että terveyttä arvostavat Garmin‑käyttäjät kiinnostuvat enemmän terveysparametrien seurannasta hydrogeelipohjaisten mittausten ansiosta.

Tämä voidaan muuttaa mahdollisuudeksi yrityksille kuten Garmin kahdella eri tavalla:

• Käyttää olemassa olevaa kompassia tai integroida magnetometri laitteeseensa, jotta hydrogeelipohjaiset mittaukset voidaan sisällyttää niiden laitteisiin.
• Yhdistää laitteensa älypuhelimeen tarjoten integroidun tavan visualisoida terveysdataa sekä älypuhelimesta että Garmin‑laitteista.

Garminin maine kestävinä, korkealaatuisina ja hyödyllisinä ulkoilutuotteina siirtyy hyvin kunto- ja terveyssegmenttiin. Mielenkiintoista on, että se johtaa premium‑segmentissä, omaten suurimman markkinaosuuden >500 $ hintaluokassa, ohittaen Applen tässä, vaikka Apple (AAPL ) yleensä hallitsee kalliiden älypuhelimien, tietokoneiden ja tablettien segmenttiä.