Behöver du en glukometer? Din telefon kan snart vara lösningen

Från telefonkompass till glukometer

Övervakning av hälsomått som glukosnivåer krävs ofta vid många hälsotillstånd. Detta kräver vanligtvis antingen laboratorietester eller dyra dedikerade medicinska enheter.

Detta kan förändras tack vare återanvändning av delar av den nu allestädes närvarande smartphonen, enligt en vetenskaplig artikel publicerad av forskare vid National Institute of Standards and Technology i Boulder, USA, med titeln “Quantitative, high-sensitivity measurement of liquid analytes using a smartphone compass.”.

De upptäckte ett sätt att återanvända den inbyggda magnetkompassen i smartphonen som en medicinsk enhet som kan mäta glukos eller pH.

Denna innovativa anpassning av en smartphone bygger på hydrogel, ett poröst material som sväller när det placeras i vatten. Forskarna Mark Ferris och Gary Zabow skapade ett specialdesignat hydrogel med inbäddade små magnetpartiklar.

Detta hydrogel konstruerades så att det reagerar på förändringar i glukoskoncentration eller pH (surhet) genom att krympa eller expandera. Detta uppnåddes genom att skapa två lager av hydrogel, där varje lager ändrar storlek med olika hastighet som svar på pH eller glukos.

Denna storleksförändring flyttar de magnetiska partiklarna närmare eller längre bort från telefonens kompass, vilket enkelt kan mätas av telefonen.

Källa: NIST

Både glukos och pH är viktiga mått i ett brett spektrum av sjukdomar, inklusive diabetes. Metoden uppnådde en imponerande känslighet, med detektering av förändringar så låga som några miljontedelar av en mol (den vetenskapliga enheten för ett visst antal atomer eller molekyler i ett ämne), långt under den precision som krävs för en korrekt diagnos.

Hydrogel kan sättas i kontakt med smartphonen via ett enkelt plastklipp, och variationen i magnetfältet kan mätas med en enkel app. Plastklippet kan till och med 3D‑skrivas.

Källa: Nature

Viktiga fördelar med telefonglukometrar

I sig självt ger denna mätningsmetod inte en mer tekniskt exakt mätning av glukos eller pH. Men den medför några viktiga fördelar:

• Kostnader: Med smartphones redan tillgängliga, tas behovet av en skräddarsydd dedikerad medicinsk enhet bort.
  • Dessutom är hydrogeler som den som används här billiga och enkla att tillverka i stor skala. Detta bör hålla kostnaden för “patronen” för glukosmätning låg. Forskaren uppskattade kostnaden för hydrogelaktuatorerna för glukosmätning till $0.16 och för pH till $0.03.
• Den kräver inte heller någon annan strömkälla, vilket gör den till ett idealiskt mätningsverktyg i alla situationer, från hem till kontor, osv.
• Eftersom smartphones redan är utrustade med anslutningsmöjligheter kan de kommunicera medicinska data direkt till läkare eller en hälsapp, vilket ger direkt data till digitala hälsosystem utan extra kostnad.
• Den extrema känsligheten i metoden kan möjliggöra användning av ett mycket litet prov, vilket gör mätmetoden mindre invasiv.

Sammanlagt kan detta radikalt förändra vardagen för miljontals patienter, samtidigt som övervakning och digital datakvalitet om viktiga hälsomått förbättras.

Källa: Unsplash

Vad blir nästa?

Reglering

Denna innovation måste omvandlas till en lättanvänd glukometer-mätningsmetod, som måste testas av medicinska yrkespersoner och valideras av hälsosäkerhetsmyndigheter som FDA.

Även om detta kan vara mer en regulatorisk fråga än en teknisk, kommer det sannolikt att kräva tid och pengar.

En dedikerad programvara och motsvarande ergonomisk app som kan omvandla den magnetiska mätningen till glukosmätning måste också utvecklas och valideras av läkare och regulatoriska myndigheter.

Källa: Unsplash

Slutligen måste all delning av medicinska data ske på ett sätt som garanterar säker och konfidentiell lagring av dessa data. Alla integrationer med andra hälsomonitoreringsappar eller kommunikation med vårdpersonal kommer att möta samma krav.

Fler hälsomätningar

Glukos och pH användes i denna studie som ett bevis på konceptet av forskarna, men många andra biologiska mått skulle kunna mätas på samma sätt.

Till exempel innebär den extremt höga känsligheten att glukos även kan mätas i saliv, som är mycket mindre koncentrerad än i blod. Kombinerat med smartphonens användarvänlighet skulle detta göra mätningen mycket mindre invasiv än någon befintlig glukometer.

Metoden skulle också kunna användas för andra molekyler.

Till exempel mäts histaminer vanligtvis med sofistikerad laboratorieanalys och kräver en 24‑timmars urininsamling, men skulle kunna mätas hemma med denna nya metod.

Detta skulle också kunna användas med en dedikerad hydrogelformel som innehåller bindningsgrupper för analyt. Detta kan få hydrogel att reagera på relevanta mål såsom natrium, kalium, laktat och enzymer.

Källa: Unsplash

Förbättrad hydrogeldetektordesign

De tvålagers homogena hydrogelplattor som föreslås i denna studie är bara ett av alternativen för att designa ett hydrogelmätningsverktyg.

Forskarnas förslag inkluderar alternativ som “en bucklingsrörelse med ett hydrogel fastspänt i två ändar, istället för bara en, kan förbättra stabiliteten”.

En vridande hydrogelrörelse kan möjliggöra att fältets riktning växlar från negativ till positiv, dubblerar den totala möjliga signalförändringen och ökar det dynamiska omfånget om antalet gånger fältets riktning växlar mellan varje 180°-vridning av hydrogelaktuatorn spåras.

Att säkerställa att systemet upptäcker interferens och föroreningar som kan störa mätningen kommer också att vara viktigt.

Att säkerställa att hydrogel har lång hållbarhet kommer också att vara ett måste för eventual kommersiell framgång.

Omvandla telefoner till kemiska analysverktyg

En annan tillämpning av denna upptäckt är att gå bortom mätning av biologiska parametrar. Mätning av pH är till exempel användbar i ett blodprov, men kan lika väl användas för att mäta pH i vatten eller jord.

Detta kan göra systemet till ett kraftfullt alternativ till pH-testremsor som används för fältpH-testning, samtidigt som det erbjuder mätnoggrannheten hos en tusen-dollars bänkmetod till en bråkdel av kostnaden.

Hydrogel kan också designas för att svara på andra kemiska och fysiska stimuli såsom ljus, jonstyrka och temperatur.

Potentiella tillämpningar föreställs för hem-baserad kvantifiering av kemiska föroreningsnivåer i kranvatten, för livsmedelstestning av andra ogenomskinliga vätskor såsom apelsinjuice, mjölk, kaffe, vin eller soppor, och för miljöanalys, såsom analys av möjligen grumligt sjö- eller bäckvatten i avlägsna områden.

Smartphone-baserad DNA-avläsning?

Längre fram kan vi föreställa oss att hydrogel använder avancerade riktningstekniker, såsom molekylärt avtryckta polymerer och komplementära nukleinsyrasekvenser. Detta skulle ge hydrogel förmågan att reagera på specifika proteiner och DNA-sekvenser.

Så smartphoner skulle då kunna upptäcka patogener i luft eller vatten, vilket ersätter dyra och avfallsproducerande tester som Covid-testerna som användes under pandemin.

Kontinuerlig övervakning

Denna studie visar hur smartphoner och IoT (Internet of Things) sannolikt kommer att revolutionera hur vi hanterar medicinska och kemiska mätningar i framtiden.

Vi bär hela tiden i våra fickor en komplex elektronisk enhet med redan inbyggda extremt känsliga analytiska verktyg, som kan återanvändas för nya tillämpningar.

Glukosmätning kommer sannolikt att bli en av de första, men vi kan lätt föreställa oss en framtid där vi bara lägger en droppe saliv eller andas på vår smartphone, och den ger oss biokemiska data, patogendetektion, föroreningsvarning, etc.

IoT- och hälsosensorföretag

1. Koninklijke Philips N.V.

Philips är ett välkänt konsumentmärke för små elektronikprodukter (rakapparater, elektriska tandborstar) och är lika aktivt inom hälsosektorn. Det var nummer 1 för MedTech-patentansökningar i Europa för 2022.

Det är aktivt inom anslutna medicinska produkter, från wearables till bilddiagnostik, respiratorer eller medicinska robotar. Företaget är också aktivt inom halvledare (inklusive maglev-teknik) och högteknik/robotik/automation.

Philips wearables erbjuder mätning av hjärt-, andnings- och aktivitetsparametrar. Dess sensorer kan integreras i smartklockor, hälsomonitorer, medicinska plåster och aktivitetsspårare.

När det gäller wearables föredrar Philips en partnerskapslösning, där de utvecklar för tredje parter “deras” anslutna IoT-medicinska enheter som är fullt kompatibla med resten av Philips lösningar. I detta sammanhang erbjuder de sina kunder prototypframtagning, regulatorisk rådgivning, helhetsproduktutveckling och industriell storskalig produktion.

Företaget vill skapa en fullt integrerad digital vårdmiljö, där sensorer matchar enheter, och sedan använda flera anslutningslösningar för att integrera i Philips HealthSuite Cloud-lösning och möjliggöra djupgående dataanalys.

Källa: Philips

Eftersom Philips har en historik av att kunna etablera breda partnerskap inom hälsomätning och integrera data i hälso‑SaaS, kan de vara i en stark position för att även integrera smartphone‑baserade glukos- och pH‑data.

2. Garmin Ltd.

Garmin är en ledare inom utomhuselektronik, med ett ursprungligt erbjudande av GPS- och navigationsverktyg (bilar, marina och flygplan), nu utökade till fitness och hälsomonitorering.

Fitness utgör 23 % av företagets intäkter och 10 % av rörelseresultatet, främst drivet av smartklockor. De levererade 15 miljoner enheter år 2022.

Källa: Garmin

Garmin erbjuder ett komplett ekosystem av hälsodata för forskare, vilket stödjer områden som forskning om sömn, depression, cancerbehandlingar, kvinnors hälsa eller till och med dåsig körning.

Garmin kanske inte är en teknikjätte, men de är extremt fokuserade på outdoor‑ och fitness‑mål, vilket gör att hälften av deras intäkter kommer från annat än navigation. Denna sektor är också företagets huvudtillväxtområde, med segmentet som mest sannolikt blir huvudintäktskällan i framtiden.

Det är sannolikt att hälsomedvetna Garmin‑användare kommer att vara intresserade av att övervaka fler hälsoparametrar tack vare hydrogelbaserade mätningar.

Detta kan omvandlas till en möjlighet för företag som Garmin, på två olika sätt:

• Använd en befintlig kompass eller integrera en magnetometer i deras enhet för att möjliggöra hydrogelbaserade mätningar i deras enheter.
• Koppla deras enheter till smartphonen för att erbjuda ett integrerat sätt att visualisera hälsodata från både smartphone och Garmin‑enheter.

Garmins rykte för robusta, högkvalitativa och användbara outdoor‑produkter överförs väl till fitness‑ och hälsosegmentet. Intressant nog leder de i premiumsegmentet, med den största marknadsandelen i prisintervallet >$500, och slår Apple (AAPL ) här, trots att Apple vanligtvis dominerar högprissegmentet för smartphones, datorer och surfplattor.