Een Doorbraak in Medische Monitoring: Next-Gen Medische Stabilisatie met Nanodeeltje-gebaseerde Draagbare Biosensoren

Tegen de achtergrond van veroudering, chronische ziekten en een groeiende bevolking, ondergaat het zorgsysteem een vitale transformatie.

Zorg wordt simpelweg steeds meer individueel gericht. Deze trend wordt gedreven door draagbare apparaten, die continue meting van kritieke biomarkers voor medische diagnostiek mogelijk maken, het monitoren van de ziektetoestand, gezondheid en de omgeving, en de evaluatie van biologische vloeistoffen zoals zweet, speeksel, tranen en bloed.

Deze draagbare apparaten zijn draagbare elektronische apparaten die sensoren gebruiken om realtime gegevens te verzamelen over verschillende fysiologische parameters, die op hun beurt continue monitoring van activiteitsniveaus en gezondheid mogelijk maken.

Belangrijker nog, deze biosensoren helpen gewone individuen hun eigen gezondheid overal en op elk moment te monitoren. In het bijzonder kunnen deze apparaten patiënten met chronische ziekten helpen het aantal ziekenhuisopnames te verminderen en kosten te besparen. Over het algemeen kunnen mensen hun leven en gezondheid beter beheren met draagbare apparaten.

Ondertussen kunnen artsen potentiële gezondheidsproblemen vroegtijdig detecteren, onmiddellijk reageren en gepersonaliseerde zorgplannen bieden, terwijl ziekenhuizen kunnen besparen op apparatuurkosten.

Afhankelijk van de gemeten parameters kunnen draagbare biosensoren van verschillende types zijn, zoals optische, elektrochemische, elektromechanische, chemische en opto-elektronische sensoren. Deze apparaten kunnen worden gedragen op het menselijk lichaam of geïmplanteerd in het lichaam om biologische signalen te monitoren door niet-invasieve metingen van biochemische markers.

Wat betreft hun ontwerp of bruikbaarheid, kunnen draagbare apparaten worden geclassificeerd in een paar verschillende manieren. 

Om te beginnen worden pols-gemonteerde draagbare apparaten (WWD), zoals de naam al aangeeft, meestal om de pols gedragen. Smartwatches of fitnessbanden zijn voorbeelden van deze wearables, die geëvolueerd zijn van eenvoudige versnellingsmeter‑gebaseerde apparaten tot nu toe inclusief biometrische sensoren die worden gebruikt als niet-invasieve menselijke monitoringsapparaten.

Polsbanden zijn in het bijzonder ontworpen om de gezondheid en fitnessactiviteiten van mensen bij te houden. Ze hebben vrij beperkte functies en hebben soms zelfs geen display voor meldingen. Fitbit, Amazon (AMZN ) Halo Band en Huawei Talkband B3 zijn populaire voorbeelden.

Polshorloges of smartwatches zijn een van de meest populaire soorten draagbare apparaten, die specifieke menselijke fysiologische signalen en biomechanica monitoren. Ze gebruiken sensoren en batterijen om informatie te verzamelen en deze naar de smartphone te sturen voor analyse en leesbaarheid. Enkele populaire voorbeelden van smartwatches zijn de Apple Watch, Samsung Galaxy Watch en Garmin Fenix. Ze maken het mogelijk om metrics zoals ECG, bloedzuurstof, SpO2, stress, slaap en hartslag bij te houden, onder andere.

Vervolgens zijn er pleisters voor de realtime analyse van lichaamsvloeistoffen zoals zweet en temperatuur. Dit omvat glucose‑monitoringspleisters Abbott FreeStyle Libre en Dexcom G7, Gatorade Gx Sweat Patch om de samenstelling van zweet te analyseren en hydratatieaanbevelingen te geven, en TempTraq voor continue temperatuurmonitoring.

Naast de handen is het hoofd een ander lichaamsdeel waar deze apparaten worden gedragen . Hoofd‑gemonteerde hulpmiddelen zoals helmen, brillen en petten zijn visuele apparaten die handsfree mogelijkheden bieden.

Als het gaat om slimme brillen, hebben we onder andere Ray‑Ban Meta Smart Glasses, Vuzix Blade & Vuzix Shield, Rokid Max en Xreal gezien, die ingebouwde camera’s, luidsprekers, streaming, AI, en andere functies bieden voor industriële, medische, computer‑, bedrijfs‑ en gamingtoepassingen.

Zelfs slimme helmen winnen aan populariteit, niet alleen als beschermende hoofdgear maar ook om intelligente diensten te bieden door integratie met elektronische sensoren, waarschuwingen en communicatiesystemen. Helmen worden ook onderzocht om depressie te behandelen door zwakke elektrische pulsen naar de hersenen te sturen.

Slimme kleding of E-Textiel zijn nog een andere draagbare die slimme materialen gebruikt die reageren op mechanische, thermische en chemische veranderingen. E‑textiel kan ook externe stimuli uit de omgeving waarnemen.

In het domein van E‑textiel hebben we Hexoskin slimme shirts die hartslag, ademhalingsfrequentie en beweging bijhouden voor atleten en medisch gebruik. Deze wasbare kledingstukken bieden continue hart‑, long‑, activiteits‑ en slaapgegevens, elektrocardiogramrapportage en respiratoire ventilatie. Hexoskin biedt niet‑invasieve en comfortabele slimme kleding voor mannen, vrouwen en kinderen, met extra anti‑geur‑ en UV‑beschermingsfuncties. Wat technologie betreft, bieden ze tot meer dan 36 uur batterijduur, meer dan 100 dagen opname en Bluetooth‑connectiviteit.

Naast shirts, sokken, slaapkleding, jassen en schoenen worden steeds slimmer. Dus de wereld van draagbare apparaten groeit duidelijk snel omdat mensen steeds meer hun gezondheid en welzijn prioriteren. Deze groei wordt verder gestimuleerd door het gemak van realtime beschikbaarheid van gegevens, vooruitgang in sensortechnologie en de uitbreiding van zorgtoepassingen.

Printbare Nanodeeltjes voor Draagbare Biosensoren

Terwijl draagbare biosensoren nieuwe grenzen verkennen in precisiegeneeskunde, hebben onderzoekers van Caltech een techniek ontwikkeld die massaproductie van langdurige draagbare zweet‑sensoren mogelijk maakt.

Met deze technologie, die inktjetprinten van arrays van speciale nanodeeltjes omvat, streeft het onderzoek ernaar de uitdagingen van productieschaalbaarheid, operationele instabiliteit en een beperkt aantal detecteerbare doelen aan te pakken die de brede adoptie van draagbare en implanteerbare biosensoren belemmeren.

De printbare kern‑schil nanodeeltjes hebben een ingebouwde dubbele functionaliteit — een moleculair geëmprint polymeren schelp om een specifiek doelwit te herkennen en een kern van nikkelhexacyanoferriet (NiHCF) om de elektrochemische transductie te stabiliseren.

Door gebruik te maken van een geoptimaliseerde nanodeeltje‑inktformulering via inktjetprinten, toonden Caltech‑ingenieurs de mogelijkheid van massaproductie van flexibele en robuuste biosensoren die continu een breed spectrum aan biomarkers kunnen monitoren. Dit omvat geneesmiddelen, vitaminen, aminozuren en metabolieten.

Het team toonde verder de effectiviteit van deze biomarkers aan bij draagbare metabolische monitoring van creatinine, tryptofaan en vitamine C bij personen die lijden aan langdurige COVID‑19.

Ze gebruikten ook succesvol de nieuwe nanodeeltjes en bevestigden het nut van de biomarkers bij therapeutische geneesmiddelmonitoring voor kankerpatiënten, evenals in een muismodel door realtime analyse van immunosuppressiva zoals mycofenolzuur, cyclofosfamide en busulfan te bieden.

Maar dit is niet alles wat met de technologie mogelijk is.

“Er zijn veel chronische aandoeningen en hun biomarkers die deze sensoren ons nu de mogelijkheid geven om continu en niet‑invasief te monitoren.”

– Wei Gao, corresponderende auteur en professor medische techniek in de Andrew en Peggy Cherng Afdeling Medische Techniek aan Caltech

Volgens het gepubliceerd artikel¹ in het tijdschrift Nature Materials waarin de techniek wordt beschreven, worden de nanodeeltje‑kubussen gevormd in een oplossing die het specifieke molecuul bevat, zoals vitamine C, dat de onderzoekers willen volgen.

Het doelmolecuul wordt vervolgens opgesloten in de kubieke nanodeeltjes terwijl monomeren spontaan samenklonteren tot een polymeer. Een oplosmiddel wordt vervolgens gebruikt om de doelmoleculen te verwijderen, waardoor specifiek een moleculair geëmprint polymeren schelp achterblijft.

Deze schelp is bezaaid met gaten die precies de vorm van het doelmolecuul hebben, vergelijkbaar met hoe kunstmatige antilichamen selectief de vormen van alleen specifieke moleculen herkennen.

Opmerkelijk is dat de onderzoekers in de nieuwe studie de speciaal gevormde polymeren combineren met een nanodeeltje‑kern gemaakt van de chemische verbinding NiHCF. Deze verbinding staat bekend om zijn unieke eigenschappen, waaronder goede elektrische geleiding, hoge thermische stabiliteit, het vermogen om omkeerbare redoxreacties te ondergaan, en magnetisch gedrag. Deze eigenschappen maken NiHCF tot een veelbelovend materiaal voor magnetische opslagmedia, katalyse en elektrochemische energieopslagapparaten zoals batterijen, evenals sensoren en biosensoren.

Belangrijker nog, NiHCF kan ook geoxideerd worden onder een aangelegde elektrische spanning wanneer het in contact komt met lichaamsvloeistoffen zoals zweet.

In deze studie zal vloeistof alleen in contact komen met de NiHCF‑kern als de gaten in de vorm van het doelmolecuul onbezet zijn, wat een elektrisch signaal zal genereren.

Echter, wanneer de moleculen de polymeren ontmoeten, glijden ze in die gaten. Dit voorkomt dat lichaamsvloeistoffen zoals zweet in contact komen met de kern, waardoor het elektrische signaal verzwakt. Dus hoe sterk het elektrische signaal is, onthult hoeveel van het doelmolecuul, zoals vitamine C, aanwezig is. Gao legde uit:

“Deze kern is cruciaal. De nikkelhexacyanoferriet‑kern is zeer stabiel, zelfs in biologische vloeistoffen, waardoor deze sensoren ideaal zijn voor langdurige metingen.”

De gecreëerde kern‑schil nanodeeltjes zijn zeer flexibel. Ze worden gebruikt om sensorarrays te printen die de hoeveelheid hormonen, aminozuren, geneesmiddelen of metabolieten in zweet of lichaamsvloeistoffen berekenen door gebruik te maken van meerdere nanodeeltje‑‘inkten’ in één array.

Bijvoorbeeld, de onderzoekers printten ook nanodeeltjes die zich binden aan creatinine, de veelgebruikte biomarker, om te onderzoeken hoe goed de nieren functioneren. Het team combineerde deze nanodeeltjes, samen met die die zich binden aan vitamine C en tryptofaan, in één sensor, die vervolgens massaal werd geproduceerd om patiënten met langdurige COVID te bestuderen.

Op nanodeeltjes gebaseerde draagbare sensoren werden ook geprint voor drie specifieke maar verschillende anticancermedicijnen op individuele sensoren die onderzoekers testten in het kankeronderzoeks- en behandelingscentrum in de City of Hope.

Volgens Gao, die ook Ronald en JoAnne Willens Scholar en onderzoeker bij het Heritage Medical Research Institute is:

“Door het potentieel van deze technologie te demonstreren, konden we op afstand de hoeveelheid kankermedicijnen in het lichaam op elk moment monitoren.”

Dit wijst niet alleen op de manier om dosispersonalisatie voor kanker te bereiken, maar ook voor vele andere aandoeningen, voegde hij toe.

Naast al dit, toonde het team aan dat de nanodeeltjes zelfs kunnen worden gebruikt om sensoren te printen die net onder de huid implanteerbaar zijn om nauwkeurig de medicijnniveaus in het lichaam te monitoren.

Klik hier om te leren hoe innovatieve healthtech in opkomst is met geavanceerde wearables.

Bedrijf dat de Draagbare Technologie Leidt

Laten we nu een kijkje nemen naar de meest prominente naam in de draagbare technologie sector die blijft innoveren.

1. Apple

Het grootste bedrijf ter wereld met een marktkapitalisatie van $3,63 biljoen, Apple (AAPL ) heeft momenteel aandelen die handelen tegen $241,53, een daling van 3,55% jaar‑tot‑datum. De winst per aandeel (TTM) is 6,96, en de koers‑winstverhouding (TTM) is 34,69. Het dividendrendement van Apple bedraagt 0,41%.

Apple betrad de draagbare sector meer dan tien jaar geleden met de lancering van de Apple Watch Series 0, de eerste in de reeks. Terwijl de smartwatchmarkt destijds al verzadigd was, kon Apple toch zijn aanwezigheid vestigen ondanks de late toetreding.

In de loop der jaren heeft Apple een aanzienlijk deel van deze markt veroverd, maar de afgelopen jaren ziet het een daling. In 2020 bedroeg het marktaandeel meer dan 34%, wat het volgende jaar daalde tot ongeveer 30%.

Volgens IDC was het marktaandeel van Apple van Q1 tot Q3 2024 16,2% met 22,5 miljoen leveringen, wat een daling is ten opzichte van 18,4% in dezelfde periode vorig jaar. Daarmee staat Apple nu op de tweede plaats terwijl Huawei met 23,6 miljoen leveringen en een marktaandeel van 16,9% de leiding overneemt. Deze twee worden gevolgd door Xiaomi, Samsung en BBK. Dus, hoewel Apple nog steeds een sterke aanwezigheid heeft, wordt het nu geconfronteerd met stevige concurrentie.

Midden in dit alles blijft Apple werken aan zijn draagbare technologie, en breidt nu zijn gezondheidsresearchambities uit om zijn apparaten te gebruiken voor een studie die veranderingen in de gezondheid van deelnemers monitort. Het bedrijf wil de apparaten en apps die mensen dagelijks gebruiken benutten om de verbanden tussen mentale en fysieke gezondheid, evenals sociale determinanten, en hoe deze bijdragen aan het algehele welzijn van een persoon te evalueren.

Dit is bedoeld om hen te helpen signalen in de gezondheidsgegevens van een persoon te identificeren om mogelijk een gezondheidsconditie te detecteren. De Apple Health Study zal beschikbaar worden gesteld in de Research‑app, die het team heeft geholpen “waardevolle inzichten” te verkrijgen om nieuwe tools te ontwikkelen zoals Walking Steadiness op iPhone en de Vitals‑app op de Apple Watch.

Vorig jaar begon het bedrijf ook met het verkennen van het idee om nieuwe draagbare apparaten te ontwikkelen, zoals slimme brillen, een fitnessring en zelfs AirPods met camera’s.

Een slimme ring die op de vinger wordt gedragen, werd enkele jaren geleden aanvankelijk aanbevolen door de ontwerpgroep en zou gezondheids‑trackingfuncties van de Apple Watch overnemen, maar recentelijk bespraken ingenieurs de mogelijkheid van slimme brillen die audio kunnen bieden, een camera en AI gebruiken om dingen te identificeren, en uiteindelijk fungeren als een springplank voor Apple’s ambitie om echte AR‑brillen te creëren die de hele dag gedragen kunnen worden.

Het bedrijf werkt ook hard aan AirPods‑oordopjes, Vision Pro‑headset, Beats‑koptelefoons, HomePod‑luidspreker en de Apple Watch om zijn draagbare apparaatensector te versterken.

Interessant is dat Apple een nieuwe smartwatch‑technologie heeft gepatenteerd die bloeddrukmonitoring op de Apple Watch mogelijk kan maken zonder optische sensoren. Voorlopig biedt de Apple Watch krachtige apps zoals hartslag‑ en onregelmatige ritme‑meldingen, AFib‑geschiedenis, ECG‑app, meldingen voor lage cardio‑fitheid, bloedzuurstofniveau en valdetectie om mensen te helpen een gezond leven te leiden.

Maar dit is niet alles. De AirPods Pro 2‑oordopjes van Apple bieden zelfs de functionaliteit van vrij verkrijgbare hoortoestellen. Hoewel de hoortoets indrukwekkend nauwkeurig is, is deze geschikt voor mensen met slechts milde tot matige gehoorverlies.

Nu, de financiële gezondheid van het bedrijf — Apple rapporteerde onlangs de financiële resultaten voor het fiscale 2025 Q1 dat eindigde op 28 december 2024. In dit “beste kwartaal ooit” behaalde Apple $124,3 miljard aan omzet en een verwaterde winst per aandeel van $2,40, respectievelijk een stijging van 4% en 10% jaar‑op‑jaar.

De omzet omvatte $69,14 miljard van iPhones, $8,99 miljard van Mac‑producten, $8,09 miljard van iPads, en $11,75 miljard van andere producten, ook wel Wearables genoemd, waaronder de Apple Watch, AirPods, Beats en Vision Pro‑verkopen. De wearables‑categorie zag een daling van 2% op jaarbasis.

Ondertussen werd $26,34 miljard besteed aan diensten, waaronder abonnementen, garanties en licentieovereenkomsten. In de winstoproep verklaarde CEO Tim Cook dat het bedrijf meer dan één miljard abonnementen had. Dit omvat abonnementen voor diensten zoals Apple TV+ en iCloud en abonnementen op apps van derden via de App Store.

De sterke operationele marges van het bedrijf brachten de winst per aandeel (EPS) ook naar een nieuw recordhoogte met dubbele cijfergroei, waardoor de tech‑gigant meer dan $30 miljard aan aandeelhouders kon teruggeven, met de raad van bestuur die een cashdividend van $0,25 per aandeel verklaarde.

Het geïnstalleerde aantal actieve Apple‑apparaten bereikte ook een nieuw hoogtepunt over alle producten en geografische segmenten. Echter, de verkoop van apparaten daalde met 11,1% in China. De iPhone‑verkopen waren echter sterker in regio’s waar Apple Intelligence beschikbaar is, aldus Cook.

“Door de kracht van Apple silicon ontsluiten we nieuwe mogelijkheden voor onze gebruikers met Apple Intelligence, waardoor apps en ervaringen nog beter en persoonlijker worden.”

– Cook

Dus, Apple werkt nu samen met Alibaba en Baidu om AI‑functies naar zijn iPhones in China te brengen tegen het midden van dit jaar.

Conclusie

De personalisatie van de gezondheidszorg is de toekomst van de geneeskunde. Dit kan immers de uitkomsten voor patiënten verbeteren, de ziektelast verminderen en de zorgkosten verlagen, maar uiteraard betekent dit precies weten wat men nodig heeft en vervolgens de juiste mix van medicijnen, voedingsstoffen en metabolieten leveren.

Hiervoor hebben we eerst een manier nodig om continu bepaalde gezondheids‑biomarkers te meten en te monitoren, waar draagbare technologie enorm bij kan helpen, zoals de nieuwe studie heeft aangetoond.

Door het ontwikkelen van printbare kern‑schil nanodeeltjes hebben onderzoekers een grote stap gezet richting massaproductie van langdurige, draagbare biosensoren. De veelzijdigheid van deze sensoren, van het monitoren van chronische aandoeningen tot het personaliseren van medicijndoseringen voor kankerpatiënten, opent nieuwe deuren in precisiegeneeskunde.

Dergelijke technologische vooruitgangen kunnen zowel patiënten als zorgverleners continue en geïndividualiseerde gezondheidsinzichten bieden en ons dichter bij een toekomst brengen waarin gepersonaliseerd, data‑gedreven gezondheidsbeheer naadloos geïntegreerd is in ons dagelijks leven!

Klik hier voor een lijst van top draagbare gezondheids‑tracking bedrijven.