Multi-signal biosensor could aid athletes / Multi-segnale biosensore potrebbe aiutare gli atleti.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Joseph Cotellessa.

Engineers from the University of California San Diego have developed and tested a wearable sensor capable of measuring biochemical and electrical signals.

Known as the Chem-Phys patch, the device measures electrocardiogram (EKG) signals, while at the same time tracking levels of lactate, which builds up in the body during physical effort. Receiving feedback on these two biomarkers from a single wearable device could be particularly useful for athletes monitoring their training, as well as for treating patients with conditions such as heart disease. The work is outlined in the latest issue of Nature Communications.

(Credit: Jacobs School of Engineering/UC San Diego)

“One of the overarching goals of our research is to build a wearable tricorder-like device that can measure simultaneously a whole suite of chemical, physical and electrophysiological signals continuously throughout the day,” said Prof Patrick Mercier from UC San Diego’s Jacobs School of Engineering. “This research represents an important first step to show this may be possible.”

According to the team at UC San Diego, one of the biggest challenges was calibrating the sensors so that their individual signals didn’t interfere with each other. Most wearables only measure one signal, such as heart rate, and almost none measure chemical signals. The researchers began by screen printing the patch on a thin, flexible polyester sheet. A lactate sensor was printed in the centre, with an EKG electrode on either side. After several iterations, it was found that a distance of 4cm between the two EKG electrodes was optimal.

To isolate the electrodes from the lactate sensor, the team used a layer of soft silicone rubber. This allowed the sensor to come into contact with the slightly conductive sweat from the body, but kept sweat away from the EKG electrodes. The sensors were connected to a small custom-printed circuit board equipped with a microcontroller and a Bluetooth Low Energy chip, which wirelessly transmitted data to a smartphone or computer.

During testing, data collected by the Chem-Phys patch closely aligned with data gathered from separate commercial devices. According to the researchers, the next stages of the work will involve adding sensors for other chemical markers such as magnesium and potassium, along with other vital signs.

ITALIANO

Gli ingegneri della University of California di San Diego hanno sviluppato e testato un sensore indossabile in grado di misurare segnali biochimici ed elettrici.

Noto come il cerotto Chem-Phys, il dispositivo misura segnali di elettrocardiogramma (ECG) , ed allo stesso tempo livelli di lattato, che si accumula nel corpo durante lo sforzo fisico. Ricevere feedback su questi due marcatori da un unico dispositivo indossabile potrebbe essere particolarmente utile per gli atleti durante il monitoraggio della loro formazione, così come per il trattamento di pazienti con condizioni critiche come nelle malattie cardiache. Il lavoro è descritto nell'ultimo numero di Nature Communications.

"Uno degli obiettivi generali della nostra ricerca è quello di costruire un dispositivo tricorder simile indossabile in grado di misurare simultaneamente una suite completa di parametri chimici, fisici e segnali elettrofisiologici ininterrottamente per tutto il giorno", ha detto il prof Patrick Mercier da Jacobs School of Engineering della UC San Diego . "Questa ricerca rappresenta un primo passo importante per dimostrare che questo può essere possibile".

Secondo il team di UC San Diego, una delle più grandi sfide è stata la calibrazione dei sensori in modo che i loro segnali individuali non interferiscano con l'altro. La maggior parte dei sensori indossabili misurano solo un segnale, come la frequenza cardiaca, e quasi nessuno segnali chimici. I ricercatori hanno iniziato la serigrafia del modello su un foglio di poliestere sottile, flessibile. Un sensore di lattato è stato stampato al centro, con un elettrodo EKG su entrambi i lati. Dopo diverse iterazioni, si è constatato che una distanza di 4 centimetri fra i due elettrodi ECG era ottimale.

Per isolare gli elettrodi dal sensore lattato, il team ha utilizzato uno strato di gomma siliconica morbida. Ciò ha consentito che la sonda venga a contatto con il sudore resa leggermente conduttiva dal corpo, ma tenuto sudore lontano dagli elettrodi ECG. I sensori sono stati collegati ad un piccolo circuito stampato dotato di un microcontrollore e un chip Bluetooth Low Energy, che in modalità wireless trasmesse i dati a uno smartphone o un computer.

Durante il test, i dati raccolti dai sensori Chem-Phys sono stati strettamente allineati con i dati raccolti da dispositivi commerciali separati. Secondo i ricercatori, le prossime tappe del lavoro comporteranno l'aggiunta di sensori per altri marcatori chimici come magnesio e potassio, insieme ad altri segni vitali.

Da:

http://www.theengineer.co.uk/multi-signal-biosensor-could-aid-athletes/?cmpid=tenews_2311010