Et gjennombrudd innen medisinsk overvåkning: Neste generasjons medisinsk stabilisering med nanopartikkelbaserte bærbare biosensorer

Mot bakteppet av aldring, kroniske sykdommer og en voksende befolkning, gjennomgår helsesystemet en viktig transformasjon.

Helsesektoren blir stadig mer individfokusert. Denne trenden drives av bærbare enheter, som gjør det mulig å kontinuerlig måle kritiske biomarkører for medisinsk diagnostikk, overvåke sykdomstilstand, helse og omgivelsesmiljø, samt evaluere biologiske væsker som svette, spytt, tårer og blod.

Disse bærbare enhetene er portable elektroniske enheter som bruker sensorer for å samle sanntidsdata om ulike fysiologiske parametere, som igjen gjør det mulig å kontinuerlig overvåke aktivitetsnivåer og helse.

Enda viktigere hjelper disse biosensorene vanlige personer med å overvåke sin egen helse fra hvor som helst og når som helst. Spesielt kan disse enhetene hjelpe pasienter med kroniske sykdommer med å redusere antall sykehusinnleggelser og spare kostnader. Totalt sett kan folk bedre håndtere sine liv og helse med bærbare enheter.

Samtidig kan leger oppdage potensielle helseproblemer tidlig, reagere umiddelbart og tilby personlige helseplaner, mens sykehus kan spare på utstyrskostnader.

Avhengig av hvilke parametere som måles, kan bærbare biosensorer være av ulike typer, som optiske, elektrolytiske, elektromechaniske, kjemiske og optoelektroniske sensorer. Disse enhetene kan bæres på kroppen eller implanteres i den for å overvåke biologiske signaler ved å ta ikke‑invasive målinger av biokjemiske markører.

Når det gjelder design eller nytte, kan bærbare enheter klassifiseres på noen forskjellige måter.

For å begynne med, håndledd‑monterte bærbare enheter (WWD), som navnet antyder, bæres vanligvis på håndleddet. Smartklokker eller treningsarmbånd er eksempler på disse wearables, som har utviklet seg fra enkle akselerometer‑baserte enheter til nå å inkludere biometrisk sansing brukt som ikke‑invasive menneskeovervåkingsenheter.

Armbånd, spesielt, er designet for å spore menneskelig helse og treningsaktiviteter. De har relativt begrensede funksjoner og kan noen ganger ikke engang ha en skjerm for varsler. Fitbit, Amazon (AMZN ) Halo Band og Huawei Talkband B3 er populære eksempler.

Håndklokker eller smartklokker er en av de mest populære typene bærbare enheter, som overvåker spesifikke menneskelige fysiologiske signaler og biomekanikk. De bruker sensorer og batterier for å samle informasjon og overføre den til smarttelefonen for analyse og lesbarhet. Noen populære eksempler på smartklokker er Apple Watch, Samsung Galaxy Watch og Garmin Fenix. De gjør det mulig å spore målinger som EKG, blodoksygen, SpO2, stress, søvn og hjertefrekvens, blant annet.

Deretter finnes det plaster for sanntidsanalyse av kroppsvæsker som svette og temperatur. Dette inkluderer glukoseovervåkingsplaster som Abbott FreeStyle Libre og Dexcom G7, Gatorade Gx Sweat Patch for å analysere svettesammensetning og gi hydratiseringsanbefalinger, samt TempTraq for kontinuerlig temperaturovervåkning.

I tillegg til hendene er hodet en annen kroppsdel hvor disse enhetene bæres. Hode‑monterte verktøy som hjelmer, briller og caps er visuelle enheter som tilbyr hendeløs bruk.

Når det gjelder smarte briller, har vi sett modeller som Ray‑Ban Meta Smart Glasses, Vuzix Blade & Vuzix Shield, Rokid Max og Xreal som tilbyr innebygde kameraer, høyttalere, streaming, AI, blant andre funksjoner for industri, medisin, databehandling, bedriftsbruk og spill.

Selv smarte hjelmer får økende oppmerksomhet, ikke bare som beskyttende hodeplagg, men også for å tilby intelligente tjenester ved å integrere elektronisk sansing, varsling og kommunikasjon. Hjelmer blir også utforsket for å behandle depresjon ved å sende svake elektriske pulser til hjernen.

Smartklær eller E‑Tekstiler er enda en bærbar enhet som bruker smarte materialer som reagerer på mekaniske, termiske og kjemiske endringer. E‑tekstiler kan også oppfatte eksterne stimuli fra omgivelsene.

Innenfor E‑tekstiler har vi Hexoskin smart‑skjorter som sporer hjertefrekvens, pustefrekvens og bevegelse for idrettsutøvere og medisinsk bruk. Disse vaskbare plaggene gir kontinuerlige data om hjerte, lunger, aktivitet, søvn, elektrokardiografirapporter og respirasjonsventilasjon. Hexoskin tilbyr ikke‑invasiv og komfortabel smartklær for menn, kvinner og barn, med ekstra anti‑lukt‑ og UV‑beskyttelsesfunksjoner. Når det gjelder teknologi, gir de opptil 36+ timers batterilevetid, over 100 dagers opptak og Bluetooth‑tilkobling.

I tillegg til skjorter blir sokker, nattøy, jakker og sko smarte. Så er verden av bærbare enheter tydelig en raskt voksende, ettersom folk i økende grad prioriterer sin helse og velvære. Denne veksten blir ytterligere drevet av enkel tilgang til data i sanntid, fremskritt innen sensorteknologi og utvidende helsetjenesteapplikasjoner.

Printbare nanopartikler for bærbare biosensorer

Etter hvert som bærbare biosensorer baner vei for nye fronter innen presisjonsmedisin, har forskere fra Caltech utviklet en teknikk som muliggjør masseproduksjon av langvarige bærbare svettesensorer.

Med denne teknologien, som er blekksprøyteskrivning av matriser av spesielle nanopartikler, har forskningen som mål å løse utfordringene med produksjonsskala, operasjonell ustabilitet og et begrenset antall detekterbare mål som hindrer bred adopsjon av bærbare og implanterbare biosensorer.

De printbare kjerne‑skal nanopartiklene har innebygd dobbel funksjonalitet – et molekylært avtrykt polymer skall for å gjenkjenne et spesifikt mål og en kjerne av nikkel‑heksasyanoferrat (NiHCF) for å stabilisere elektro‑kjemisk transduksjon.

Ved å bruke en optimalisert nanopartikkel‑blekkformulering gjennom blekksprøyteskrivning demonstrerte Caltech‑ingeniører muligheten for masseproduksjon av fleksible og robuste biosensorer som kan kontinuerlig overvåke et bredt spekter av biomarkører. Dette inkluderer legemidler, vitaminer, aminosyrer og metabolitter.

Teamet demonstrerte videre effektiviteten av disse biomarkørene i bærbar metabolsk overvåkning av kreatinin, tryptofan og vitamin C hos personer som lider av langvarig COVID‑19.

De brukte også de nye nanopartiklene med suksess og bekreftet nytten av biomarkørene i terapeutisk legemiddelmåling for kreftpasienter samt i en musemodell ved å tilby sanntidsanalyse av immunsuppressiva som mykofenolsyre, cyklofosfamid og busulfan.

Men dette er ikke alt som er mulig med teknologien.

“Det finnes mange kroniske tilstander og deres biomarkører som disse sensorene nå gir oss muligheten til å overvåke kontinuerlig og ikke‑invasivt.”

– Wei Gao, korresponderende forfatter og professor i medisinsk ingeniørfag ved Andrew and Peggy Cherng Department of Medical Engineering ved Caltech

Ifølge den publiserte artikkelen¹ i tidsskriftet Nature Materials som beskriver teknikken, dannes nanopartikkel‑kubene i en løsning som inneholder den spesifikke molekylen, for eksempel vitamin C, som forskerne ønsker å spore.

Målmolekylet blir deretter fanget inne i de kubiske nanopartiklene mens monomerer spontant samles for å danne et polymer. Et løsningsmiddel brukes deretter for å fjerne mål‑molekylene, og etterlater spesifikt et molekylært avtrykt polymer skall.

Dette skallet er prikket med hull som har former som nøyaktig matcher mål‑molekylet, på samme måte som kunstige antistoffer selektivt identifiserer former av kun spesifikke molekyler.

Det bemerkelsesverdige er at forskerne i den nye studien kombinerer de spesialdannede polymerene med en nanopartikkel‑kjerne laget av den kjemiske forbindelsen NiHCF. Forbindelsen er kjent for sine unike egenskaper, som inkluderer god elektrisk ledningsevne, høy termisk stabilitet, evnen til å gjennomgå reversible redoks‑reaksjoner og magnetisk oppførsel. Disse egenskapene gjør NiHCF til et lovende materiale for magnetisk lagringsmedia, katalyse, og elektro‑kjemiske energilagringsenheter som batterier, samt sensorer og biosensorer.

Enda viktigere kan NiHCF også oksideres under påført elektrisk spenning når den kommer i kontakt med kroppsvæsker som svette.

I denne studien vil væske komme i kontakt med NiHCF‑kjernen kun hvis hullene i formen av mål‑molekylet er ubesatte, noe som vil generere et elektrisk signal.

Imidlertid, når molekylene møter polymeren, glir de inn i disse hullene. Dette hindrer kroppsvæsker som svette fra å komme i kontakt med kjernen, og svekker dermed det elektriske signalet. Så hvor sterkt det elektriske signalet er, avslører hvor mye av det målrettede molekylet, som vitamin C, som er tilstede. Gao forklarte:

“Denne kjernen er kritisk. Nikkel‑heksasyanoferrat‑kjernen er svært stabil, selv i biologiske væsker, noe som gjør disse sensorene ideelle for langsiktig måling.”

De kjerne‑skal nanopartiklene som er laget er svært fleksible. De brukes til å skrive ut sensor‑matriser som beregner mengden hormoner, aminosyrer, legemidler eller metabolitter i svette eller kroppsvæsker ved kun å bruke flere nanopartikkel‑«blekk» i en enkelt matrise. 

For eksempel skrev forskerne også ut nanopartikler som binder kreatinin, den vanlig brukte biomarkøren, for å undersøke hvor godt nyrene fungerer. Teamet kombinerte disse nanopartiklene, sammen med de som binder vitamin C og de som binder tryptofan, i en enkelt sensor, som deretter ble masseprodusert for å studere pasienter med langvarig COVID.

Nanopartikkel‑baserte bærbare sensorer ble også skrevet ut for tre spesifikke, men ulike, kreftmedikamenter på individuelle sensorer som forskerne testet ved kreftforsknings‑ og behandlingssenteret i City of Hope.

Ifølge Gao, som også er Ronald og JoAnne Willens Scholar og en forsker ved Heritage Medical Research Institute:

“Ved å demonstrere potensialet til denne teknologien, klarte vi å fjernovervåke mengden kreftmedikamenter i kroppen til enhver tid.”

Dette peker ikke bare på veien til dose‑personalisering for kreft, men også for mange andre tilstander, la han til.

I tillegg til alt dette demonstrerte teamet at nanopartiklene også kan brukes til å skrive ut sensorer som kan implanteres rett under huden for nøyaktig å overvåke legemiddelnivåer i kroppen.

Klikk her for å lære hvordan innovativ helseteknologi er i vekst med avanserte wearables.

Selskapet som leder bærbar teknologi

La oss nå se på det mest fremtredende navnet i sektoren for bærbar teknologi som fortsetter å gjøre fremskritt.

1. Apple

Verdens største selskap med en markedsverdi på 3,63 billioner dollar, Apple (AAPL ) har for tiden aksjene sine handlet til 241,53 $, ned 3,55 % år‑til‑dato. EPS (TTM) er 6,96, og P/E‑forholdet (TTM) er 34,69. Utbytteavkastningen som Apple betaler er 0,41 %.

Apple gikk inn i bærbare sektoren for over et tiår siden ved å lansere Apple Watch Series 0, den første i serien. Selv om smartklokkesektoren allerede var overfylt på den tiden, klarte Apple fortsatt å etablere sin tilstedeværelse til tross for sen inntreden.

Gjennom årene har Apple klart å erobre en betydelig del av dette markedet, men de siste årene har de sett en nedgang. I 2020 var markedsandelen deres over 34 %, som falt til omtrent 30 % året etter.

Ifølge IDC, var Apples markedsandel fra Q1 til Q3 i 2024 16,2 % da de registrerte 22,5 millioner enheter, noe som falt fra 18,4 % i samme periode året før. Med dette står Apple nå på andreplass ettersom Huawei overtar med 23,6 millioner enheter og oppnår en markedsandel på 16,9 %. Disse to etterfølges av Xiaomi, Samsung og BBK. Så selv om Apple fortsatt opprettholder en sterk tilstedeværelse, møter de nå hard konkurranse.

Midt i alt dette fortsetter Apple å jobbe med sin bærbare teknologi, og utvider nå sine helseforskningsambisjoner ved å bruke enhetene sine i en studie for å overvåke endringer i deltakernes helse. Selskapet har som mål å utnytte enhetene og appene folk bruker hver dag for å evaluere sammenhenger mellom mental og fysisk helse samt sosiale determinanter og hvordan de påvirker en persons generelle velvære.

Dette er for å hjelpe dem med å identifisere signaler i en persons helsedata for potensielt å oppdage en helsetilstand. Apple Health Study vil bli gjort tilgjengelig i Research‑appen, som har hjulpet teamet med å få «verdifulle innsikter» for å utvikle nye verktøy som Walking Steadiness på iPhone og Vitals‑appen på Apple Watch.

I fjor begynte selskapet også å utforske ideen om å utvikle nye bærbare enheter som smarte briller, en treningsring og til og med AirPods med kameraer.

En smart ring som skal bæres på fingeren ble først anbefalt av designgruppen for noen år siden, og ville ta helse‑sporingsfunksjoner fra Apple Watch, men nylig har ingeniører diskutert muligheten for smarte briller som kan tilby lyd, bruke et kamera og AI for å identifisere ting, og til slutt fungere som en springbrett for Apples ambisjon om å skape ekte AR‑briller som kan brukes hele dagen.

Selskapet har også jobbet hardt med AirPods‑ørepropper, Vision Pro‑headset, Beats‑hodetelefoner, HomePod‑høyttaler og Apple Watch for å styrke sin bærbare enhetsvirksomhet.

Interessant nok har Apple patentert en ny smartklokke‑teknologi som kan muliggjøre blodtrykksmåling på Apple Watch uten å bruke optiske sensorer. For øyeblikket tilbyr Apple Watch kraftige apper som hjertefrekvens‑ og uregelmessig rytme‑varsler, AFib‑historikk, EKG‑app, varsler om lav kardiovaskulær kondisjon, blodoksygen‑nivå og fall‑deteksjon for å hjelpe folk å leve sunne liv.

Men dette er ikke alt. Apples AirPods Pro 2‑ørepropper tilbyr også funksjonaliteten til reseptfrie høreapparater. Selv om hørselstesten er imponerende nøyaktig, er den egnet for personer med kun mild til moderat hørselstap.

Nå, selskapets økonomiske helse – Apple rapporterte nylig rapporterte de finansielle resultatene for sitt regnskapsår 2025 Q1 som avsluttet 28. desember 2024. I dette «beste kvartalet noensinne» hadde Apple 124,3 milliarder dollar i inntekter og fortynnet resultat per aksje på 2,40 $, opp 4 % og 10 % år‑over‑år henholdsvis.

Inntekten inkluderte 69,14 milliarder dollar fra iPhone, 8,99 milliarder dollar fra Mac‑produkter, 8,09 milliarder dollar fra iPad og 11,75 milliarder dollar fra andre produkter, også kalt Wearables, som inkluderer Apple Watch, AirPods, Beats og Vision Pro‑salg. Wearables‑kategorien så en nedgang på 2 % på år‑over‑år basis.

Samtidig ble 26,34 milliarder dollar brukt på tjenester, som inkluderte abonnementer, garantier og lisensavtaler. I inntjeningskallet uttalte administrerende direktør Tim Cook at selskapet hadde mer enn én milliard abonnementer. Dette inkluderer abonnementer på tjenester som Apple TV+ og iCloud samt abonnementer på tredjeparts‑apper via App Store.

Selskapets sterke driftsmarginer førte også til at EPS nådde et nytt rekordhøyt nivå med tosifret vekst, noe som gjorde det mulig for teknologigiganten å returnere over 30 milliarder dollar til sine aksjonærer, med styret som erklærte en kontantutbytte på 0,25 $ per aksje.

Apples installerte base av aktive enheter nådde også et nytt høydepunkt på tvers av alle produkter og geografiske segmenter. Imidlertid falt enhetssalget med 11,1 % i Kina. iPhone‑salget var derimot sterkere i regioner hvor Apple Intelligence er tilgjengelig, sa Cook.

«Gjennom kraften i Apple‑silicon åpner vi nye muligheter for våre brukere med Apple Intelligence, som gjør apper og opplevelser enda bedre og mer personlige.»

– Cook

Så, Apple jobber nå med Alibaba og Baidu for å bringe AI‑funksjoner til sine iPhones i Kina innen midten av dette året.

Konklusjon

Personalisering av helsetjenester er fremtiden for medisin. Dette kan tross alt forbedre pasientresultater, redusere sykdomsbyrden og senke helsekostnader, men selvfølgelig betyr det å vite nøyaktig hva man trenger og deretter levere den rette blandingen av medisiner, næringsstoffer og metabolitter.

For dette trenger vi først en måte å kontinuerlig måle og overvåke visse helsemålemarkører, hvor bærbar teknologi kan være til enorm hjelp, som den nye studien har demonstrert.

Ved å utvikle printbare kjerne‑skal nanopartikler har forskerne tatt et stort skritt mot masseproduksjon av langvarige, bærbare biosensorer. Allsidigheten til disse sensorene, fra overvåking av kroniske tilstander til personalisering av dosering av legemidler for kreftpasienter, åpner nye dører innen presisjonsmedisin.

Slike teknologiske fremskritt kan tilby både pasienter og helsepersonell kontinuerlige og individualiserte helseinformasjon og bringe oss nærmere en fremtid hvor personlig, datadrevet helsestyring er sømløst integrert i vårt daglige liv!

Klikk her for en liste over de beste bærbare helsesporingsselskapene.