Op zoek naar een glucometer? Je telefoon kan binnenkort de oplossing zijn

Van telefooncompass tot glucometer

Monitoring van gezondheidsmetingen zoals glucoseniveaus is vaak vereist bij veel gezondheidscondities. Dit vereist meestal laboratoriumtests of dure speciale medische apparaten.

Dit zou kunnen veranderen dankzij het hergebruiken van onderdelen van de nu alomtegenwoordige smartphone, volgens een wetenschappelijk artikel gepubliceerd door onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology in Boulder, VS, getiteld “Kwantitatieve, hooggevoelige meting van vloeibare analyten met behulp van een smartphonecompass.”.

Ze ontdekten een manier om de magnetische kompas die in een smartphone is ingebouwd te hergebruiken als een medisch apparaat dat glucose of pH kan meten.

Deze innovatieve aanpassing van een smartphone maakt gebruik van hydrogel, een poreus materiaal dat opzwelt wanneer het in water wordt ondergedompeld. De onderzoekers Mark Ferris & Gary Zabow creëerden een op maat ontworpen hydrogel met kleine magnetische deeltjes erin ingebed.

Dit hydrogel werd zo ontworpen dat het reageert op veranderingen in glucoseconcentratie of pH (zuurgraad) door te krimpen of uit te zetten. Dit werd bereikt door twee lagen hydrogel te maken, waarbij elke laag op een ander tempo van grootte verandert als reactie op pH of glucose.

Deze verandering in grootte brengt de magnetische deeltjes dichter bij of verder van het telefooncompass, wat gemakkelijk door de telefoon kan worden gemeten.

Bron: NIST

Zowel glucose als pH zijn belangrijke meetwaarden in een breed scala aan ziekten, waaronder diabetes. De methode behaalde een indrukwekkende gevoeligheid, met detectie van veranderingen zo klein als enkele miljoensten van een mol (de wetenschappelijke eenheid voor een bepaald aantal atomen of moleculen in een stof), veel onder de precisie die nodig is voor een juiste diagnose.

Het hydrogel kan in contact worden gebracht met de smartphone via een eenvoudige plastic clip‑on, en de variatie in het magnetisch veld kan worden gemeten via een eenvoudige app. En de plastic clip zou zelfs 3D geprint kunnen worden.

Bron: Nature

Belangrijkste voordelen van telefoon‑glucometers

Op zichzelf biedt deze meetmethode geen technisch nauwkeurigere meting van glucose of pH. Maar het brengt een aantal belangrijke voordelen met zich mee:

• Kosten: Met al beschikbare smartphones is de noodzaak voor een speciaal medisch apparaat niet meer nodig.
  • Daarnaast zijn hydrogels zoals die hier gebruikt goedkoop en gemakkelijk op schaal te fabriceren. Dit zou de kosten van de “cartridge” voor glucosemeting laag moeten houden. De onderzoeker schatte de kosten van de hydrogel‑actuatoren voor glucosemeting op $0.16 en voor pH op $0.03.
• Het vereist bovendien geen extra stroombron, waardoor het een ideaal meetinstrument is in elke situatie, van thuis tot op kantoor, enzovoort.
• Aangezien smartphones al beschikken over connectiviteit, kunnen ze medische data direct naar artsen of een gezondheidsapp communiceren, waardoor directe gegevens in digitale gezondheidssystemen worden geleverd zonder extra kosten.
• De extreme gevoeligheid van de methode maakt het mogelijk om een zeer kleine monster te gebruiken, waardoor de meetmethode minder invasief wordt.

Al met al zou dit het dagelijks leven van miljoenen patiënten radicaal kunnen veranderen, terwijl de monitoring en digitale datakwaliteit over belangrijke gezondheidsmetingen verbetert.

Bron: Unsplash

Wat volgt?

Regulering

Deze innovatie moet worden omgezet in een gebruiksvriendelijke glucometer‑meetmethode, die getest moet worden door medische professionals en gevalideerd door gezondheidsveiligheidsinstanties zoals de FDA.

Hoewel dit meer een regelgevingsvraag dan een technische vraag kan zijn, zal het waarschijnlijk tijd en geld kosten.

Er moet ook speciale software en een bijbehorende ergonomische app worden ontwikkeld die de magnetische meting omzet in een glucosemeting, en deze moet evenzeer door artsen en regelgevende instanties worden gevalideerd.

Bron: Unsplash

Ten slotte moet elke uitwisseling van medische data gebeuren op een manier die een veilige en vertrouwelijke opslag van deze gegevens garandeert. Elke integratie met andere gezondheidsmonitoring‑apps of communicatie met zorgprofessionals zal aan dezelfde eisen voldoen.

Meer gezondheidsmetingen

Glucose en pH werden in deze studie als proof‑of‑concept door de onderzoekers gebruikt, maar veel andere biologische meetwaarden kunnen op dezelfde manier worden gemeten.

Bijvoorbeeld, de extreem hoge gevoeligheid betekent dat glucose ook in speeksel gemeten zou kunnen worden, wat veel minder geconcentreerd is dan in bloed. Gecombineerd met het gebruiksgemak van een smartphone zou dit de meting veel minder invasief maken dan elke huidige glucometer.

De methode zou ook voor andere moleculen kunnen worden gebruikt.

Bijvoorbeeld, histamine wordt meestal gemeten door geavanceerde laboratoriumanalyse en vereist een 24‑uur urine‑verzameling, maar zou thuis gemeten kunnen worden met deze nieuwe methode.

Dit zou ook kunnen worden toegepast met een speciale hydrogel‑formule die bindingsgroepen voor analyten bevat. Dit zou het hydrogel kunnen laten reageren op relevante doelen zoals natrium, kalium, lactaat en enzymen.

Bron: Unsplash

Verbeterd hydrogel‑detectorontwerp

De bi‑laag uniforme hydrogel‑platen die in deze studie worden voorgesteld, zijn slechts één van de opties voor het ontwerpen van een hydrogel‑meetinstrument.

De onderzoekers stellen alternatieven voor zoals “een buigbeweging met een hydrogel dat aan twee uiteinden is verankerd, in plaats van slechts één, kan de stabiliteit verbeteren”.

Een draaiende hydrogelbeweging kan de veldrichting laten schakelen van negatief naar positief, waardoor de totale mogelijke signaalverandering wordt verdubbeld en het dynamisch bereik wordt vergroot als het aantal keren dat de veldrichting wisselt tussen elke 180°‑draaiing van de hydrogel‑actuator wordt bijgehouden.

Zorgen dat het systeem interferentie en verontreinigingen detecteert die de meting kunnen verstoren, zal ook belangrijk zijn.

Zorgen dat het hydrogel een lange houdbaarheid heeft, zal eveneens een vereiste zijn voor uiteindelijk commercieel succes.

Telefoons omvormen tot chemische analysetools

Een andere toepassing van deze ontdekking gaat verder dan het meten van biologische parameters. Het meten van pH is bijvoorbeeld nuttig in een bloedmonster, maar kan even nuttig zijn om de pH van water of bodem te meten.

Dit zou dit systeem een krachtig alternatief kunnen maken voor pH‑teststrips die in het veld worden gebruikt, terwijl het de meetprecisie van een duizend‑dollar bench‑top meter biedt tegen een fractie van de kosten.

Hydrogel kan ook worden ontworpen om te reageren op andere chemische en fysieke stimuli zoals licht, ionische sterkte en temperatuur.

Potentiële toepassingen worden gezien voor thuis‑gebaseerde kwantificering van chemische verontreinigingsniveaus in kraanwater, voor voedseltesten van andere ondoorzichtige vloeistoffen zoals sinaasappelsap, melk, koffie, wijn of soepen, en voor milieuanalyse, zoals het analyseren van mogelijk troebel meer‑ of stroomwater op afgelegen locaties.

Smartphone‑gebaseerde DNA‑lezing?

Verderop in de toekomst kunnen we ons zelfs een hydrogel voorstellen dat geavanceerde targettechnieken gebruikt, zoals moleculair ge‑imprintte polymeren en complementaire nucleïnezuur‑sequenties. Dit zou het hydrogel de mogelijkheid geven om te reageren op specifieke eiwitten en DNA‑sequenties.

Zo zouden smartphones dan in staat kunnen zijn om pathogenen in lucht of water te detecteren, waardoor dure en afval‑producerende tests zoals de Covid‑tests die tijdens de pandemie werden gebruikt, worden vervangen.

Continue monitoring

Deze studie illustreert hoe smartphones en de algehele IoT (Internet of Things) waarschijnlijk de manier waarop we medische en chemische metingen in de toekomst aanpakken, zullen revolutioneren.

We dragen te allen tijde in onze zakken een complex elektronisch apparaat met al ingebouwde extreem gevoelige analytische tools, die voor nieuwe toepassingen kunnen worden hergebruikt.

Glucosemeting zal waarschijnlijk een van de eerste zijn, maar we kunnen ons gemakkelijk een toekomst voorstellen waarin we gewoon een druppel speeksel of een adem op onze smartphone kunnen plaatsen, en deze ons biochemische data, pathogeen‑detectie, vervuilingswaarschuwingen, enz. geeft.

IoT- en gezondheidssensorbedrijven

1. Koninklijke Philips N.V.

Philips is een bekend consumentenelektronicamerk (scheerapparaten, elektrische tandenborstels), even actief in de gezondheidszorg. Het was in 2022 de nummer 1 voor MedTech‑patentaanvragen in Europa.

Het is actief in verbonden medische producten, van wearables tot beeldvorming, respirators of medische robots. Het bedrijf is ook actief in halfgeleiders (inclusief maglev‑technologie) en high‑tech/robotica/automatisering.

De wearables van Philips bieden metingen van hart‑, ademhalings‑ en activiteitsmetrics. De sensoren kunnen worden geïntegreerd in smartwatches, gezondheidsmonitoren, medische patches en activiteitstrackers.

Wat wearables betreft, Philips geeft de voorkeur aan een partnerschapsoplossing, waarbij het voor derden “hun” verbonden IoT‑medische apparaten ontwikkelt die volledig compatibel zijn met de rest van de Philips‑oplossingen. In die context biedt het zijn klanten prototyping, regelgevingsadvies, end‑to‑end productontwikkeling en productie op industriële schaal.

Het bedrijf wil een volledig geïntegreerde digitale zorgomgeving creëren, waarin sensoren met apparaten overeenkomen, en vervolgens meerdere connectiviteitsoplossingen gebruiken om te integreren in de Philips HealthSuite Cloud‑oplossing en diepgaande data‑analyse mogelijk te maken.

Bron: Philips

Omdat Philips een geschiedenis heeft van het aangaan van brede partnerschappen in gezondheidsmetingen en het integreren van data in gezondheids‑SaaS, zou het in een uitstekende positie kunnen staan om smartphone‑gebaseerde glucose‑ en pH‑data te integreren.

2. Garmin Ltd.

Garmin is een leider in outdoor‑elektronica, met een initiële aanbieding van GPS‑ en navigatietools (auto, maritiem en luchtvaart), nu uitgebreid naar fitness‑ en gezondheidsmonitoring.

Fitness vertegenwoordigt 23 % van de omzet van het bedrijf en 10 % van de operationele winst, voornamelijk gedreven door smartwatches. Het heeft in 2022 15 miljoen apparaten verzonden.

Bron: Garmin

Garmin biedt een volledig ecosysteem van gezondheidsdata voor onderzoekers, waarmee velden zoals onderzoek naar slaap, depressie, kankerbehandelingen, gezondheid van vrouwen of zelfs slaperig rijden ondersteunen.

Garmin is misschien geen tech‑gigant, maar het richt zich scherp op de outdoor‑ en fitnessmarkt, waardoor de helft van de inkomsten naast navigatie valt. Deze sector is ook het belangrijkste groeigebied voor het bedrijf, met het segment dat waarschijnlijk de belangrijkste inkomstenbron in de toekomst zal worden.

Het is waarschijnlijk dat gezondheidsbewuste Garmin‑gebruikers geïnteresseerd zullen zijn in het monitoren van meer gezondheidsparameters dankzij hydrogel‑gebaseerde metingen.

Dit kan worden omgezet in een kans voor bedrijven als Garmin, op 2 verschillende manieren:

• Gebruik een reeds bestaande kompas of integreer een magnetometer in hun apparaat om hydrogel‑gebaseerde metingen in hun apparaten te integreren.
• Verbind hun apparaten met de smartphone om een geïntegreerde manier te bieden om de gezondheidsdata van zowel de smartphone als Garmin‑apparaten te visualiseren.

De reputatie van Garmin voor robuuste, hoogwaardige en bruikbare outdoor‑producten zet zich goed om in de fitness‑ en gezondheidssegment. Interessant genoeg leidt het in het premiumsegment, met het grootste marktaandeel in de >$500‑prijsklasse, waardoor Apple (AAPL ) hier wordt verslagen, ondanks dat Apple meestal het hoge‑prijssegment van smartphones, computers en tablets domineert.