採血することなく、汗で検査可能なウェアラブルパッチを開発 韓国KAIST
韓国科学技術院(KAIST)は9月8日、同院の研究者が汗に含まれる複数の代謝産物をリアルタイムで分析できるウェアラブルセンサーを開発したと発表した。この研究成果は、学術誌Nature Communicationsのオンライン版に掲載された。
KAIST生物・脳工学科のチョン・キフン(Ki-Hun Jeong)教授(右)と研究チームメンバー
近年、汗の中の代謝産物を分析して人体の正確な生理状態をモニタリングするウェアラブルセンサーの研究が精力的に進められている。しかしながら、蛍光タグや染色を用いた従来のラベルセンサーやラベルフリーの方法は、汗を効果的に収集し制御することが困難であった。
これらの課題を克服するため、KAIST生物・脳工学科(Bio and Brain Engineering)のチョン・キフン(Ki-Hun Jeong)教授率いる研究チームは、皮膚に貼り付けることができるウェアラブルのパッチを開発した。このパッチは、汗を集めるためのマイクロチャネルと、ナノスケールの金属パターンと光の相互作用で汗の成分を分析する超微細なナノプラズモン構造を備えている。これにより、パッチを貼るだけで複数の汗の代謝物を同時に分析することが可能となる。
研究チームは、このパッチをテストの被験者に貼り付け、運動中に発汗する成分の経時変化を追跡することに成功した。これまでラベルフリーの測定では2成分の測定しかできなかったが、この研究では尿酸、乳酸、チロシンの3つの代謝物を同時に定量分析し、運動や食事によってどのような変化が見られるか世界で初めて実証した。特に、人工知能(AI)を用いた分析手法を用いることで、汗の中の目的成分が正確に区別できるようになった。
同教授は、「この研究は、ナノフォトニクスとマイクロ流体技術を組み合わせて、採血をすることなく、経時的な代謝変化を正確にモニタリングするための基礎になります。将来的には、慢性疾患の管理や薬物反応の追跡、環境曝露モニタリング、代謝性疾患の次世代バイオマーカーの発見など、さまざまな分野へ適用できる可能性があります」と述べた。
Figure 1. Flexible microfluidic nanoplasmonic patch (left). Sequential sample collection using the patch (center) and label-free metabolite profiling (right). In this study, we designed and fabricated a fully flexible nanoplasmonic microfluidic patch for label-free sweat analysis and performed SERS signal measurement and analysis directly from human sweat. Through this, we propose a platform capable of precisely identifying physiological changes induced by physical activity and dietary conditions.
Figure 2. Example of the fabricated patch worn (left) and images of sequential sweat collection and storage (right). By designing precise microfluidic channels based on capillary burst valves, sequential sweat collection was implemented, which enabled label-free analysis of metabolite changes associated with exercise and diet.
Figure 3. Label-free analysis graphs of metabolite changes in sweat induced by exercise. Using the fabricated patch in combination with a machine learning model, metabolite concentrations in the sweat of actual subjects were analyzed. Comparison of sweat samples collected before and after consumption of a purine-rich diet, under exercise conditions, revealed label-free detection of changes in uric acid and tyrosine levels, as well as exercise-induced lactate increase. Validation experiments using commercial kits further confirmed the quantification accuracy, supporting the clinical applicability of this platform.
(出典：いずれもKAIST)
サイエンスポータルアジアパシフィック編集部
