Trenger du et glukometer? Telefonen din kan snart bli løsningen

Fra telefonkompass til glukometer

Overvåking av helsemålinger som glukosenivåer er ofte nødvendig ved mange helsetilstander. Dette krever vanligvis enten laboratorietester eller dyre, dedikerte medisinske enheter.

Denne kan endre seg takket være gjenbruk av deler av den nå allestedsnærværende smarttelefonen, ifølge et vitenskapelig papir publisert av forskere ved National Institute of Standards and Technology i Boulder, USA, med tittelen “Kvantitativ, høyfølsom måling av væskeanalyter ved bruk av en smarttelefonkompass.”.

De oppdaget en måte å omgjøre den innebygde magnetkompassen i smarttelefonen til en medisinsk enhet som kan måle glukose eller pH.

Denne innovative tilpasningen av en smarttelefon baserer seg på hydrogel, et porøst materiale som sveller når det er nedsenket i vann. Forskerne Mark Ferris og Gary Zabow laget et spesialdesignet hydrogel med små magnetiske partikler innlemmet i det.

Dette hydrogellet ble konstruert slik at det reagerer på endringer i glukosekonsentrasjon eller pH (surhet) ved å krympe eller utvide seg. Dette ble oppnådd ved å lage to lag med hydrogel, hvor hvert lag endrer størrelse med ulik hastighet som respons på pH eller glukose.

Denne størrelsesendringen flytter de magnetiske partiklene nærmere eller lenger fra telefonens kompass, noe som enkelt kan måles av telefonen.

Kilde: NIST

Både glukose og pH er viktige målinger i et bredt spekter av sykdommer, inkludert diabetes. Metoden oppnådde en imponerende følsomhet, med påvisning av endringer så lave som noen få milliondeler av en mol (den vitenskapelige enheten for et visst antall atomer eller molekyler i et stoff), langt under den presisjonen som kreves for en korrekt diagnostikk.

Hydrogellet kan settes i kontakt med smarttelefonen via en enkel plastklips, og variasjonen i det magnetiske feltet kan måles gjennom en enkel app. Plastklipsen kan til og med 3D‑printes.

Kilde: Nature

Viktige fordeler med telefonglukometere

I seg selv gir denne målemetoden ikke en mer teknisk nøyaktig måling av glukose eller pH. Men den gir noen få viktige fordeler:

• Kostnader: Med smarttelefoner allerede tilgjengelige, fjernes behovet for en spesialtilpasset medisinsk enhet.
  • I tillegg er hydrogel som dette billig og enkelt å produsere i stor skala. Dette bør holde kostnaden for “patronen” for glukosemåling lav. Forskeren estimerte kostnadene for hydrogel‑aktuatorene til glukosemåling til $0,16 og for pH til $0,03.
• Den krever heller ikke en annen strømkilde, noe som gjør den til et ideelt måleverktøy i enhver situasjon, fra hjem til kontor osv.
• Siden smarttelefoner allerede er utstyrt med tilkobling, kan de kommunisere medisinske data direkte til leger eller en helse‑app, og levere data direkte til digitale helsesystemer uten ekstra kostnader.
• Den ekstreme følsomheten i metoden gjør det mulig å bruke en svært liten prøve, noe som gjør målemetoden mindre invasiv.

Alt i alt kan dette radikalt endre hverdagen til millioner av pasienter, samtidig som det forbedrer overvåkingen og den digitale datakvaliteten for viktige helsemålinger.

Kilde: Unsplash

Hva blir neste?

Regulering

Denne innovasjonen må omdannes til en brukervennlig glukometer‑målemetode, som må testes av medisinske fagfolk og valideres av helsesikkerhetsbyråer som FDA.

Selv om dette kanskje er mer et regulatorisk spørsmål enn et teknisk, vil det sannsynligvis kreve tid og penger.

En dedikert programvare og tilhørende ergonomisk app som kan konvertere den magnetiske målingen til glukosemåling må også utvikles og valideres av leger og regulatoriske myndigheter.

Kilde: Unsplash

Til slutt må all deling av medisinske data gjøres på en måte som garanterer sikker og konfidensiell lagring av disse dataene. Enhver integrasjon med andre helsemålings‑apper eller kommunikasjon med helsepersonell vil møte de samme kravene.

Flere helsemålinger

Glukose og pH ble brukt i denne studien som et konseptbevis av forskerne, men mange andre biologiske målinger kan måles på samme måte.

For eksempel betyr den ekstremt høye følsomheten at glukose også kan måles i spytt, som er mye mindre konsentrert enn i blod. Kombinert med enkelheten ved bruk av en smarttelefon, vil dette gjøre målingen langt mindre invasiv enn noen nåværende glukometer.

Metoden kan også brukes for andre molekyler.

For eksempel blir histaminer vanligvis målt ved sofistikerte laboratorieanalyser og krever en 24‑timers urininnsamling, men kan måles hjemme med denne nye metoden.

Dette kan også brukes med en dedikert hydrogel‑formel som inneholder bindingsgrupper for analyt. Dette kan få hydrogellet til å reagere på relevante mål som natrium, kalium, laktat og enzymer.

Kilde: Unsplash

Forbedret hydrogeldetektordesign

De bi‑lagdelte, uniforme hydrogel‑skivene som foreslås i denne studien er kun ett av alternativene for å designe et hydrogel‑måleverktøy.

Forskerne foreslår alternativer som “en buklebevegelse med et hydrogel festet i to ender, i stedet for kun i én, kan øke stabiliteten”.

En vridd hydrogel‑bevegelse kan tillate at feltretningen skifter fra negativ til positiv, doble den totale mulige signalendringen og øke dynamisk område dersom antall ganger feltretningen skifter mellom hver 180°‑vridning av hydrogel‑aktuatoren spores.

Det vil også være viktig å sikre at systemet oppdager interferens og forurensninger som kan forstyrre målingen.

Det vil også være et krav at hydrogellet har lang holdbarhet for eventual kommersiell suksess.

Gjør telefoner til kjemiske analyseverktøy

En annen anvendelse av denne oppdagelsen er å gå utover måling av biologiske parametere. Måling av pH er for eksempel nyttig i en blodprøve, men kan også være like nyttig for å måle pH i vann eller jord.

Dette kan gjøre systemet til et kraftig alternativ til pH‑teststrimler som brukes til feltmåling av pH, samtidig som det gir målenøyaktigheten til en tusen‑dollar benke‑måler til en brøkdel av kostnaden.

Hydrogel kan også designes til å reagere på andre kjemiske og fysiske stimuli som lys, ionestyrke og temperatur.

Potensielle anvendelser er tenkt for hjemmebasert kvantifisering av kjemiske forurensningsnivåer i springvann, for mattesting av andre ugjennomsiktige væsker som appelsinjuice, melk, kaffe, vin eller supper, og for miljøanalyse, som å analysere muligens grumsete innsjø‑ eller elvevann i avsidesliggende områder.

Smarttelefonbasert DNA-lesing?

Lenger frem i tid kan vi til og med forestille oss hydrogel som bruker avanserte målrettingsteknikker, som molekylært avtrykkede polymerer og komplementære nukleinsyresekvenser. Dette vil gi hydrogellet evnen til å reagere på spesifikke proteiner og DNA‑sekvenser.

Dermed kan smarttelefoner bli i stand til å oppdage patogener i luft eller vann, og erstatte dyre og avfallsproduserende tester som Covid‑testene brukt under pandemien.

Kontinuerlig overvåkning

Denne studien viser hvordan smarttelefoner og IoT (Internet of Things) sannsynligvis vil revolusjonere hvordan vi håndterer medisinske og kjemiske målinger i fremtiden.

Vi har alltid i lommene en kompleks elektronisk enhet med allerede innebygde ekstremt følsomme analytiske verktøy, som kan gjenbrukes til nye anvendelser.

Glukosemåling vil sannsynligvis bli en av de første, men vi kan lett forestille oss en fremtid hvor vi bare kan legge en dråpe spytt eller puste på smarttelefonen, og den vil gi oss biokjemiske data, påvisning av patogener, forurensningsadvarsler osv.

IoT- og helsesensorselskaper

1. Koninklijke Philips N.V.

Philips er et velkjent forbrukerelektronikkmerke (barbermaskiner, elektriske tannbørster), og er like aktiv innen helsevesenet. Det var nummer 1 for MedTech‑patentinnleveringer i Europa i 2022.

Det er aktivt innen tilkoblede medisinske produkter, fra wearables til bildediagnostikk, respiratorer eller medisinske roboter. Selskapet er også aktivt innen halvledere (inkludert maglev‑teknologi) og høyteknologi/robotikk/automatisering.

Philips’ wearables dekker hjerte-, respirasjons- og aktivitetsmålinger. Sensorene kan integreres i smartklokker, helsesporere, medisinske plaster og aktivitetsmålere.

Når det gjelder wearables, foretrekker Philips en partnerskapsløsning, hvor de utvikler for tredjepart “deres” tilkoblede IoT‑medisinske enheter som er fullt kompatible med resten av Philips‑løsningene. I den sammenhengen tilbyr de sine kunder prototyping, regulatorisk rådgivning, ende‑til‑ende produktutvikling og industriell produksjon.

Selskapet ønsker å skape et fullt integrert digitalt helsemiljø, hvor sensorer matcher enheter, og deretter bruke flere tilkoblingsløsninger for å integrere i Philips HealthSuite Cloud‑løsningen og muliggjøre dyptgående dataanalyse.

Kilde: Philips

Fordi Philips har en historie med å etablere brede partnerskap innen helsemåling og integrere data i helsesaaS, kan de også være i en god posisjon for å integrere smarttelefonbaserte glukose‑ og pH‑data.

2. Garmin Ltd.

Garmin er en leder innen utendørs‑elektronikk, med et opprinnelig tilbud av GPS‑ og navigasjonsverktøy (bil, maritimt og fly), nå utvidet til fitness‑ og helsesporing.

Fitness utgjør 23 % av selskapets inntekter og 10 % av driftsresultatet, hovedsakelig drevet av smartklokker. De har sendt 15 millioner enheter i 2022.

Kilde: Garmin

Garmin tilbyr et fullstendig økosystem av helsedata for forskere, helping fields such as research about søvn, depresjon, kreftbehandlinger, kvinners helse, or even søvnig kjøring.

Garmin er kanskje ikke en teknologigigant, men de er skarpt fokusert på utendørs‑ og fitness‑mål, og får halvparten av inntektene sine fra dette i tillegg til navigasjon. Denne sektoren er også hovedvekstområdet for selskapet, med segmentet som mest sannsynlig vil bli hovedinntektskilden i fremtiden.

Det er sannsynlig at helsebevisste Garmin‑brukere vil være interessert i å overvåke flere helseparametere takket være hydrogel‑baserte målinger.

Dette kan omgjøres til en mulighet for selskaper som Garmin, på to forskjellige måter:

• Bruk et eksisterende kompass eller integrer et magnetometer i enheten deres for å tillate at hydrogel‑baserte målinger integreres i deres enheter.
• Koble enhetene deres til smarttelefonen for å tilby en integrert måte å visualisere helsedata fra både smarttelefon og Garmin‑enheter.

Garmins rykte for robuste, høykvalitets og nyttige utendørsprodukter overføres godt til fitness‑ og helsesegmentet. Interessant nok leder de i premium‑segmentet, med den største markedsandelen i >$500‑prisklassen, og slår Apple her, til tross for at Apple vanligvis dominerer høyprissegmentet for smarttelefoner, datamaskiner og nettbrett.