Terobosan dalam Pemantauan Medis: Stabilitas Medis Generasi Berikutnya dengan Biosensor Wearable Berbasis Nanopartikel

Dengan latar belakang penuaan, penyakit kronis, dan populasi yang terus bertambah, sistem perawatan kesehatan sedang mengalami transformasi penting.

Perawatan kesehatan semakin menjadi berfokus pada individu. Tren ini didorong oleh perangkat wearable, yang memungkinkan pengukuran kontinu biomarker penting untuk diagnostik medis, pemantauan kondisi penyakit, kesehatan, dan lingkungan sekitar, serta evaluasi cairan biologis seperti keringat, air liur, air mata, dan darah.

Perangkat wearable ini adalah perangkat elektronik portabel yang menggunakan sensor untuk mengumpulkan data real-time tentang berbagai parameter fisiologis, yang pada gilirannya memungkinkan pemantauan kontinu tingkat aktivitas dan kesehatan.

Lebih penting lagi, biosensor ini membantu individu biasa memantau kesehatan mereka sendiri dari mana saja dan kapan saja. Khususnya, perangkat ini dapat membantu pasien dengan penyakit kronis mengurangi jumlah rawat inap dan menghemat biaya. Secara keseluruhan, orang dapat mengelola kehidupan dan kesehatan mereka dengan lebih baik menggunakan perangkat wearable.

Sementara itu, dokter dapat mendeteksi potensi masalah kesehatan lebih awal, merespons secara langsung, dan menyediakan rencana perawatan kesehatan yang dipersonalisasi, sementara rumah sakit dapat menghemat biaya peralatan.

Bergantung pada parameter yang diukur, biosensor wearable dapat berupa berbagai jenis, seperti sensor optik, elektrokimia, elektromekanik, kimia, dan optoelektronik. Perangkat ini dapat dipakai pada tubuh manusia atau ditanam di dalamnya untuk memantau sinyal biologis dengan melakukan pengukuran non-invasif terhadap marker biokimia.

Dalam hal desain atau kegunaannya, perangkat wearable dapat diklasifikasikan ke dalam beberapa cara berbeda.

Untuk memulai, perangkat wearable yang dipasang di pergelangan tangan (WWD), seperti namanya, biasanya dipakai di pergelangan tangan. Jam tangan pintar atau gelang kebugaran adalah contoh wearable ini, yang telah berkembang dari yang berbasis akselerometer sederhana menjadi kini mencakup sensor biometrik yang digunakan sebagai perangkat pemantauan manusia non-invasif.

Wristband, khususnya, dirancang untuk melacak kesehatan dan aktivitas kebugaran manusia. Mereka memiliki fitur yang cukup terbatas dan kadang-kadang bahkan tidak memiliki layar tampilan untuk notifikasi. Fitbit, Amazon (AMZN ) Halo Band, dan Huawei Talkband B3 adalah contoh populer.

Jam tangan atau smartwatch adalah salah satu jenis perangkat wearable paling populer, yang memantau sinyal fisiologis manusia spesifik dan biomekanik. Mereka menggunakan sensor dan baterai untuk mengumpulkan informasi dan mentransfernya ke smartphone untuk analisis dan keterbacaan. Beberapa contoh smartwatch populer adalah Apple Watch, Samsung Galaxy Watch, dan Garmin Fenix. Mereka memungkinkan pelacakan metrik seperti ECG, kadar oksigen dalam darah, SpO2, stres, tidur, dan detak jantung, antara lain.

Selanjutnya, ada patch untuk analisis real-time cairan tubuh seperti keringat dan suhu. Ini termasuk patch pemantauan glukosa Abbott FreeStyle Libre dan Dexcom G7, Gatorade Gx Sweat Patch untuk menganalisis komposisi keringat guna memberikan rekomendasi hidrasi, serta TempTraq untuk pemantauan suhu secara kontinu.

Selain tangan, kepala adalah bagian tubuh lain di mana perangkat ini dipakai. Alat yang dipasang di kepala seperti helm, kacamata, dan topi adalah perangkat visual yang menawarkan kemampuan bebas tangan.

Berbicara tentang kacamata pintar, kita telah melihat seperti Ray-Ban Meta Smart Glasses, Vuzix Blade & Vuzix Shield, Rokid Max, dan Xreal yang menawarkan kamera terintegrasi, speaker, streaming, AI, serta fitur lainnya untuk bidang industri, medis, komputasi, perusahaan, dan game.

Bahkan helm pintar semakin populer tidak hanya sebagai pelindung kepala tetapi juga untuk memberikan layanan cerdas dengan mengintegrasikan sensor elektronik, peringatan, dan perangkat komunikasi. Helm juga sedang dieksplorasi untuk mengobati depresi dengan mengirimkan pulsa listrik lemah ke otak.

Pakaian pintar atau E-Textiles adalah yet another wearable yang menggunakan material pintar yang merespon perubahan mekanik, termal, dan kimia. E-Textiles juga dapat mendeteksi rangsangan eksternal dari lingkungan.

Dalam ranah E-Textiles, kami memiliki kaos pintar Hexoskin yang melacak detak jantung, laju pernapasan, dan gerakan untuk atlet dan penggunaan medis. Pakaian yang dapat dicuci ini menyediakan data kontinu jantung, paru, aktivitas, tidur, pelaporan elektrokardiogram, dan ventilasi pernapasan. Hexoskin menawarkan pakaian pintar non-invasif dan nyaman untuk pria, wanita, dan anak-anak, dengan fitur anti-bau dan perlindungan UV tambahan. Dari segi teknologi, mereka menawarkan daya tahan baterai hingga lebih dari 36 jam, perekaman lebih dari 100 hari, dan konektivitas Bluetooth.

Selain kaos, kaus kaki, pakaian tidur, jaket, dan sepatu juga menjadi pintar. Jadi, dunia perangkat wearable jelas merupakan pasar yang tumbuh cepat karena orang semakin memprioritaskan kesehatan dan kesejahteraan mereka. Pertumbuhan ini semakin dipacu oleh kemudahan ketersediaan data secara real-time, kemajuan teknologi sensor, dan aplikasi kesehatan yang semakin meluas.

Nanopartikel Cetak untuk Biosensor Wearable

Sebagai biosensor wearable yang membuka frontier baru dalam kedokteran presisi, peneliti dari Caltech telah mengembangkan teknik yang memungkinkan produksi massal sensor keringat wearable yang tahan lama.

Dengan teknologi ini, yang berupa pencetakan inkjet array nanopartikel khusus, penelitian bertujuan mengatasi tantangan skalabilitas produksi, ketidakstabilan operasional, dan jumlah target terdeteksi yang terbatas yang menghalangi adopsi luas biosensor wearable dan implan.

Nanopartikel inti-cangkang yang dapat dicetak dilengkapi dengan fungsi ganda bawaan — cangkang polimer yang diimprint secara molekuler untuk mengenali target spesifik dan inti nickel hexacyanoferrate (NiHCF) untuk menstabilkan transduksi elektrokimia.

Dengan memanfaatkan formulasi tinta nanopartikel yang dioptimalkan melalui pencetakan inkjet, insinyur Caltech menunjukkan kemungkinan produksi massal biosensor fleksibel dan kuat yang dapat memantau secara kontinu spektrum luas biomarker. Ini termasuk obat, vitamin, asam amino, dan metabolit.

Tim selanjutnya menunjukkan efektivitas biomarker ini dalam pemantauan metabolik wearable kreatinin, triptofan, dan vitamin C pada individu yang menderita COVID-19 jangka panjang.

Mereka juga berhasil menggunakan nanopartikel baru dan memvalidasi kegunaan biomarker dalam pemantauan obat terapeutik untuk pasien kanker serta pada model tikus dengan memberikan analisis real-time imunosenpresan seperti asam mycophenolic, siklofosfamid, dan busulfan.

Namun ini bukan semua yang mungkin dengan teknologi ini.

“Ada banyak kondisi kronis dan biomarker mereka yang kini sensor ini memberi kita kemampuan untuk memantau secara kontinu dan non-invasif.”

– Wei Gao, penulis korespondensi dan profesor teknik medis di Departemen Teknik Medis Andrew dan Peggy Cherng, Caltech

Menurut makalah yang dipublikasikan¹ dalam jurnal Nature Materials yang merinci teknik tersebut, kubus nanopartikel terbentuk dalam larutan yang mencakup molekul spesifik, seperti vitamin C, yang ingin dilacak peneliti.

Molekul target kemudian terperangkap di dalam nanopartikel kubik saat monomer secara spontan berassemble membentuk polimer. Pelarut selanjutnya digunakan untuk menghilangkan molekul target, secara khusus meninggalkan cangkang polimer yang diimprint secara molekuler.

Cangkang ini dipenuhi dengan lubang yang memiliki bentuk yang persis cocok dengan molekul target, mirip dengan cara antibodi buatan memilih bentuk molekul tertentu.

Secara khusus, peneliti dalam studi baru ini menggabungkan polimer yang terbentuk khusus dengan inti nanopartikel yang terbuat dari senyawa kimia NiHCF. Senyawa ini dikenal karena sifat uniknya, termasuk konduktivitas listrik yang baik, stabilitas termal tinggi, kemampuan menjalani reaksi redoks reversibel, dan perilaku magnetik. Sifat-sifat ini menjadikan NiHCF bahan yang menjanjikan untuk media penyimpanan magnetik, katalisis, dan perangkat penyimpanan energi elektrokimia seperti baterai, serta sensor dan biosensor.

Lebih penting lagi, NiHCF juga dapat teroksidasi di bawah tegangan listrik yang diterapkan ketika bersentuhan dengan cairan tubuh seperti keringat.

Dalam studi ini, cairan akan bersentuhan dengan inti NiHCF hanya jika lubang berbentuk molekul target tidak terisi, yang akan menghasilkan sinyal listrik.

Namun, ketika molekul bertemu polimer, mereka meluncur ke dalam lubang tersebut. Hal ini mencegah cairan tubuh seperti keringat bersentuhan dengan inti, sehingga melemahkan sinyal listrik. Jadi, kekuatan sinyal listrik mengungkapkan seberapa banyak molekul target, seperti vitamin C, yang hadir. Gao menjelaskan:

“Inti ini sangat penting. Inti nickel hexacyanoferrate sangat stabil, bahkan dalam cairan biologis, menjadikan sensor ini ideal untuk pengukuran jangka panjang.”

Nanopartikel inti-cangkang yang dibuat sangat fleksibel. Mereka digunakan untuk mencetak array sensor yang menghitung jumlah hormon, asam amino, obat, atau metabolit dalam keringat atau cairan tubuh hanya dengan menggunakan beberapa “tinta” nanopartikel dalam satu array.

Sebagai contoh, peneliti juga mencetak nanopartikel yang mengikat kreatinin, biomarker yang umum digunakan, untuk memeriksa fungsi ginjal. Tim menggabungkan nanopartikel ini dengan yang mengikat Vitamin C dan yang mengikat triptofan menjadi satu sensor, yang kemudian diproduksi secara massal untuk mempelajari pasien dengan COVID-19 panjang.

Sensor wearable berbasis nanopartikel juga dicetak untuk tiga obat anti-kanker spesifik namun berbeda pada sensor individual yang diuji peneliti di pusat riset dan pengobatan kanker di City of Hope.

Menurut Gao, yang juga merupakan Ronald dan JoAnne Willens Scholar serta Peneliti Heritage Medical Research Institute:

“Dengan menunjukkan potensi teknologi ini, kami dapat memantau secara remote jumlah obat kanker dalam tubuh kapan saja.”

Ini tidak hanya menunjukkan cara mencapai personalisasi dosis untuk kanker tetapi juga untuk banyak kondisi lain, tambahnya.

Selain itu, tim menunjukkan bahwa nanopartikel bahkan dapat digunakan untuk mencetak sensor yang dapat ditanam tepat di bawah kulit guna memantau tingkat obat dalam tubuh secara akurat.

Klik di sini untuk mempelajari bagaimana healthtech inovatif sedang naik daun dengan wearable canggih.

Perusahaan Pemimpin Teknologi Wearable

Sekarang, mari kita lihat nama paling menonjol di sektor teknologi wearable yang terus membuat kemajuan.

1. Apple

Perusahaan terbesar di dunia berdasarkan kapitalisasi pasar sebesar $3,63 triliun, Apple (AAPL ) saat ini diperdagangkan pada $241,53, turun 3,55% YTD. EPS (TTM) nya adalah 6,96, dan rasio P/E (TTM) adalah 34,69. Yield dividen yang dibayarkan Apple adalah 0,41%.

Apple bergabung dengan sektor wearable lebih dari satu dekade yang lalu dengan meluncurkan Apple Watch Series 0, yang pertama dalam rangkaian. Meskipun sektor smartwatch sudah ramai pada saat itu, Apple tetap mampu menegaskan kehadirannya meski masuk belakangan.

Selama bertahun‑tahun, Apple berhasil merebut pangsa pasar yang signifikan, namun dalam beberapa tahun terakhir mengalami penurunan. Pada 2020, pangsa pasarnya lebih dari 34%, yang turun menjadi sekitar 30% tahun berikutnya.

Menurut IDC, pangsa pasar Apple dari Q1 hingga Q3 2024 adalah 16,2% dengan 22,5 juta unit terkirim, turun dari 18,4% pada periode yang sama tahun lalu. Dengan ini, Apple kini berada di posisi kedua karena Huawei melampaui dengan 23,6 juta unit dan pangsa pasar 16,9%. Kedua perusahaan ini diikuti oleh Xiaomi, Samsung, dan BBK. Jadi, meskipun Apple masih mempertahankan kehadiran kuat, kini menghadapi persaingan ketat.

Di tengah semua ini, Apple terus mengerjakan teknologi wearable‑nya, kini memperluas ambisi riset kesehatan untuk menggunakan perangkatnya dalam studi yang memantau perubahan kesehatan peserta. Perusahaan berupaya memanfaatkan perangkat dan aplikasi yang dipakai orang setiap hari untuk mengevaluasi hubungan antara kesehatan mental dan fisik serta determinan sosial dan bagaimana faktor‑faktor tersebut memengaruhi kesejahteraan keseluruhan seseorang.

Hal ini bertujuan membantu mereka mengidentifikasi sinyal dalam data kesehatan seseorang untuk berpotensi mendeteksi kondisi kesehatan. Apple Health Study akan tersedia di aplikasi Research, yang telah membantu tim memperoleh “wawasan berharga” untuk mengembangkan alat baru seperti Walking Steadiness di iPhone dan aplikasi Vitals di Apple Watch.

Tahun lalu, perusahaan juga mulai mengeksplorasi ide mengembangkan perangkat wearable baru seperti kacamata pintar, cincin kebugaran, bahkan AirPods dengan kamera.

Cincin pintar yang dipakai di jari awalnya direkomendasikan oleh tim desain beberapa tahun lalu untuk mengambil fitur pelacakan kesehatan dari Apple Watch, namun baru-baru ini, insinyur membahas kemungkinan kacamata pintar yang dapat menyediakan audio, menggunakan kamera dan AI untuk mengidentifikasi objek, dan pada akhirnya menjadi landasan ambisi Apple menciptakan kacamata AR sejati yang dapat dipakai sepanjang hari.

Perusahaan juga sibuk mengembangkan earbud AirPods, headset Vision Pro, headphone Beats, speaker HomePod, dan Apple Watch untuk meningkatkan bisnis perangkat wearable‑nya.

Menariknya, Apple telah mematenkan teknologi smartwatch baru yang dapat memungkinkan pemantauan tekanan darah pada Apple Watch tanpa mengandalkan sensor optik. Untuk saat ini, Apple Watch menawarkan aplikasi kuat seperti notifikasi detak jantung dan irama tidak teratur, riwayat AFib, aplikasi ECG, notifikasi kebugaran kardio rendah, level oksigen darah, dan deteksi jatuh untuk membantu orang hidup sehat.

Namun ini bukan semua. Earbud AirPods Pro 2 Apple bahkan menawarkan fungsi alat bantu dengar over‑the‑counter. Meskipun tes pendengaran sangat akurat, fungsinya cocok untuk orang dengan kehilangan pendengaran ringan hingga sedang.

Sekarang, kesehatan keuangan perusahaan — Apple baru‑baru ini melaporkan hasil keuangan untuk kuartal pertama fiskal 2025 yang berakhir 28 Desember 2024. Dalam “kuartal terbaik ever” ini, Apple mencatat pendapatan $124,3 miliar dan laba per saham terdilusi $2,40, naik 4% dan 10% YoY masing‑masing.

Pendapatan tersebut mencakup $69,14 miliar dari iPhone, $8,99 miliar dari produk Mac, $8,09 miliar dari iPad, dan $11,75 miliar dari produk lain, yang disebut Wearables, termasuk penjualan Apple Watch, AirPods, Beats, dan Vision Pro. Kategori wearables mengalami penurunan 2% secara tahunan.

Sementara itu, $26,34 miliar dibelanjakan untuk layanan, yang mencakup langganan, garansi, dan kesepakatan lisensi. Dalam panggilan earnings, CEO Tim Cook menyatakan perusahaan memiliki lebih dari satu miliar langganan. Ini mencakup langganan layanan seperti Apple TV+ dan iCloud serta langganan aplikasi pihak ketiga melalui App Store.

Margin operasional kuat perusahaan juga mendorong EPS ke rekor tertinggi sepanjang masa dengan pertumbuhan dua digit, memungkinkan raksasa teknologi mengembalikan lebih dari $30 miliar kepada pemegang saham, dengan dewan direksi menetapkan dividen tunai $0,25 per saham.

Basis perangkat aktif Apple juga mencapai rekor baru di semua produk dan segmen geografis. Namun, penjualan perangkatnya turun 11,1% di China. Penjualan iPhone tetap lebih kuat di wilayah di mana Apple Intelligence tersedia, kata Cook.

“Melalui kekuatan Apple silicon, kami membuka kemungkinan baru bagi pengguna dengan Apple Intelligence, yang membuat aplikasi dan pengalaman menjadi lebih baik dan lebih personal.”

– Cook

Jadi, Apple kini bekerja sama dengan Alibaba dan Baidu untuk membawa fitur AI ke iPhone di China pada pertengahan tahun ini.

Kesimpulan

Personalisasi perawatan kesehatan adalah masa depan kedokteran. Hal ini, pada akhirnya, dapat meningkatkan hasil pasien, mengurangi beban penyakit, dan menurunkan biaya perawatan kesehatan, namun tentu saja, ini berarti mengetahui secara tepat apa yang dibutuhkan seseorang dan kemudian memberikan kombinasi tepat obat, nutrisi, dan metabolit.

Untuk itu, pertama‑tama kita memerlukan cara untuk mengukur dan memantau secara kontinu biomarker kesehatan tertentu, di mana teknologi wearable dapat sangat membantu, seperti yang ditunjukkan oleh studi baru.

Dengan mengembangkan nanopartikel inti‑cangkang yang dapat dicetak, peneliti telah mengambil langkah besar menuju produksi massal biosensor wearable yang tahan lama. Fleksibilitas sensor ini, mulai dari pemantauan kondisi kronis hingga personalisasi dosis obat untuk pasien kanker, membuka pintu baru dalam kedokteran presisi.

Kemajuan teknologi semacam ini dapat menawarkan wawasan kesehatan yang kontinu dan individual bagi pasien serta penyedia layanan kesehatan, dan membawa kita lebih dekat ke masa depan di mana manajemen kesehatan yang dipersonalisasi dan berbasis data terintegrasi mulus ke dalam kehidupan sehari‑hari kita!

Klik di sini untuk daftar perusahaan pelacakan kesehatan wearable teratas.