Το χρόνιο στρες μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση της αρτηριακής πίεσης και καρδιαγγειακές παθήσεις, μείωση της ανοσολογικής λειτουργίας, κατάθλιψη και άγχος. Δυστυχώς, τα εργαλεία που χρησιμοποιούμε για την παρακολούθηση του στρες είναι συχνά ανακριβή ή ακριβά, καθώς βασίζονται σε ερωτηματολόγια αυτοαξιολόγησης και ψυχιατρικές αξιολογήσεις.
Τώρα, ένας δμηχανικός του Tufts και η ομάδα του έχουν σχεδιάσει μια απλή συσκευή που χρησιμοποιεί ειδικά σχεδιασμένο οδοντικό νήμα και μπορεί να μετρήσει εύκολα και με ακρίβεια την κορτιζόλη, μια ορμόνη του στρες, σε πραγματικό χρόνο.
«Ξεκίνησε από μια συνεργασία με διάφορα τμήματα του Πανεπιστημίου Tufts, όπου εξετάσαμε πώς το στρες και άλλες γνωστικές καταστάσεις επηρεάζουν την επίλυση προβλημάτων και τη μάθηση», δήλωσε ο Sameer Sonkusale, καθηγητής ηλεκτρολογικής και υπολογιστικής μηχανικής. «Δεν θέλαμε η μέτρηση να δημιουργήσει μια επιπλέον πηγή στρες, οπότε σκεφτήκαμε: μπορούμε να φτιάξουμε μια συσκευή ανίχνευσης που θα γίνει μέρος της καθημερινής ρουτίνας; Η κορτιζόλη είναι ένας δείκτης στρες που βρίσκεται στο σάλιο, οπότε το οδοντικό νήμα φαινόταν η φυσική επιλογή για τη λήψη καθημερινών δειγμάτων».
Ο σχεδιασμός του οδοντικού νήματος που ανιχνεύει το σάλιο μοιάζει με ένα συνηθισμένο οδοντικό νήμα, με το νήμα τεντωμένο μεταξύ δύο ακίδων που εκτείνονται από μια επίπεδη πλαστική λαβή, περίπου στο μέγεθος του δείκτη του χεριού σας. Το σάλιο συλλέγεται μέσω ενός πολύ στενού καναλιού στο νήμα. Το υγρό τραβιέται στη λαβή του οδοντικού νήματος και σε μια συνδεδεμένη γλωττίδα, όπου απλώνεται σε ηλεκτρόδια που ανιχνεύουν την κορτιζόλη.
Η αναγνώριση της κορτιζόλης στα ηλεκτρόδια επιτυγχάνεται με μια αξιοσημείωτη τεχνολογία που αναπτύχθηκε πριν από σχεδόν 30 χρόνια, η οποία ονομάζεται ηλεκτροπολυμερισμένα μοριακά αποτυπωμένα πολυμερή (eMIPs). Λειτουργούν με τρόπο παρόμοιο με αυτόν που θα φτιάχνατε ένα γύψινο εκμαγείο του χεριού σας. Ένα πολυμερές σχηματίζεται γύρω από ένα μόριο πρότυπο, στην περίπτωση αυτή την κορτιζόλη, το οποίο στη συνέχεια αφαιρείται για να αφήσει πίσω του σημεία σύνδεσης. Αυτά τα σημεία έχουν μια φυσική και χημική «μνήμη» του μορίου-στόχου, ώστε να μπορούν να συνδέονται με ελεύθερα αιωρούμενα μόρια που εισέρχονται.
Οδοντόνημα και για άλλες διαγνώσεις
Τα καλούπια eMIP είναι ευέλικτα, οπότε μπορεί κανείς να δημιουργήσει αισθητήρες οδοντικού νήματος που ανιχνεύουν άλλα μόρια που βρίσκονται στο σάλιο, όπως οιστρογόνα για την παρακολούθηση της γονιμότητας, γλυκόζη για την παρακολούθηση του διαβήτη ή δείκτες για τον καρκίνο. Υπάρχει επίσης δυνατότητα ανίχνευσης πολλαπλών βιοδεικτών στο σάλιο ταυτόχρονα, για πιο ακριβή παρακολούθηση του στρες, των καρδιαγγειακών παθήσεων, του καρκίνου και άλλων παθήσεων.
«Η προσέγγιση eMIP είναι επαναστατική», δήλωσε ο Sonkusale. «Οι βιοαισθητήρες έχουν συνήθως αναπτυχθεί χρησιμοποιώντας αντισώματα ή άλλους υποδοχείς που ανιχνεύουν το μόριο που μας ενδιαφέρει. Μόλις βρεθεί ένας δείκτης, απαιτείται πολλή δουλειά για τη βιομηχανική κατασκευή του μορίου που συνδέεται με τον αισθητήρα. Το eMIP δεν απαιτεί μεγάλες επενδύσεις για την παραγωγή αντισωμάτων ή υποδοχέων. Αν ανακαλύψετε έναν νέο δείκτη για το στρες ή οποιαδήποτε άλλη ασθένεια ή πάθηση, μπορείτε απλά να δημιουργήσετε ένα πολυμερές καλούπι σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα».
Η ακρίβεια των αισθητήρων κορτιζόλης είναι συγκρίσιμη με τους αισθητήρες με την καλύτερη απόδοση που υπάρχουν στην αγορά ή βρίσκονται σε φάση ανάπτυξης. Η εισαγωγή αυτής της συσκευής στα νοικοκυριά και στα χέρια των ατόμων χωρίς την ανάγκη εκπαίδευσης θα καταστήσει δυνατή την ενσωμάτωση της παρακολούθησης του στρες σε πολλούς τομείς της υγειονομικής περίθαλψης. Επί του παρόντος, ο Sonkusale και οι συνεργάτες του δημιουργούν μια νεοφυή επιχείρηση με στόχο να φέρουν το προϊόν στην αγορά.
Επισημαίνει ότι, ενώ ο αισθητήρας οδοντικού νήματος είναι ποσοτικά πολύ ακριβής, η πρακτική της παρακολούθησης δεικτών στο σάλιο είναι καλύτερη για την παρακολούθηση και όχι για την αρχική διάγνωση μιας πάθησης. Αυτό οφείλεται εν μέρει στο γεγονός ότι οι δείκτες στο σάλιο μπορεί να παρουσιάζουν διαφορές μεταξύ των ατόμων.
«Για τη διάγνωση, το αίμα εξακολουθεί να είναι το χρυσό πρότυπο, αλλά μόλις διαγνωστείτε και αρχίσετε να παίρνετε φάρμακα, εάν χρειαστεί να παρακολουθήσετε, για παράδειγμα, μια καρδιαγγειακή πάθηση με την πάροδο του χρόνου για να δείτε εάν η υγεία της καρδιάς σας βελτιώνεται, τότε η παρακολούθηση με τον αισθητήρα μπορεί να είναι εύκολη και να επιτρέπει την έγκαιρη παρέμβαση όταν χρειάζεται», λέει.
Η νέα έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό ACS Applied Materials and Interfaces, προστίθεται σε μια σειρά καινοτομιών στον τομέα των αισθητήρων με βάση νήματα από τον Sonkusale και την ερευνητική του ομάδα, συμπεριλαμβανομένων αισθητήρων που μπορούν να ανιχνεύουν αέρια, μεταβολίτες στον ιδρώτα ή κίνηση όταν ενσωματώνονται σε ρούχα και τρανζίστορ που μπορούν να υφανθούν σε εύκαμπτες ηλεκτρονικές συσκευές.
