Mnoho chytrých hodinek a náramků nabízí funkci měření stresu. Vycházejí přitom z variability srdečního tepu, kterou měří pomocí optického senzoru tepové frekvence. Přesnost určování hladiny stresu se u jednotlivých modelů liší, avšak o žádných hodinkách ani náramku se nedá říci, že by byly dokonale přesné.
Čínští a skotští vědci z Xi'an Jiaotong-Liverpool University (XJTLU) a Abertay University vyvinuli nový elektrochemický biosenzor, který dokáže měřit hladinu kortizolu s pozoruhodnou přesností. Nabízí tak nový nástroj v boji proti zdravotním problémům souvisejícím se stresem.
Měření hladiny kortizolu
Kortizol, často označovaný jako „stresový hormon“, hraje klíčovou roli v reakci lidského těla na stres. Reguluje různé tělesné funkce, včetně metabolismu, imunitní reakce a krevního tlaku. Dlouhodobě zvýšená hladina kortizolu může vést k řadě zdravotních problémů, včetně úzkosti, deprese, kardiovaskulárních potíží a oslabení imunitních funkcí.
Tradiční měření hladiny kortizolu je časově náročný a drahý proces, který vyžaduje laboratorní analýzu vzorků krve, slin nebo moči. Nový senzor zásadně mění situaci tím, že nabízí rychlou, levnou a velice přesnou metodu detekce hladiny kortizolu.
Nový senzor využívá zlatou elektrodu upravenou specifickými molekulami, které dokážou zachytit a vázat kortizol. Na ně je pomocí speciálních chemických vazeb přidána vrstva protilátek navržených tak, aby rozpoznávaly molekuly kortizolu. Tato kombinace umožňuje senzoru detekovat kortizol s nebývalou citlivostí.
Použití oxidu iridia
Zásadní změnu představuje použití oxidu iridia coby referenční elektrody. Referenční elektrody jsou důležitými součástmi elektrochemických senzorů, které poskytují stabilní základní linii pro měření. Použitím oxidu iridia namísto tradičních stříbrných/chloridových elektrod se výrazně zlepšila stabilita a reprodukovatelnost detekčního systému. To je klíčové pro dlouhodobá měření a pro aplikace v náročných podmínkách, jako jsou proměnlivé teploty a pH.
Schéma modifikace elektrody
„Současné detektory kortizolu mají referenční elektrody se stříbrnou vrstvou, která při elektrochemických měřeních snadno oxiduje a je nestabilní,“ vysvětluje doktorand a hlavní autor studie Tong Ji. „V této studii jsme použili k pokrytí stříbrné vrstvy nanočástice oxidu iridia. Tato úprava zlepšuje stabilitu, citlivost a reprodukovatelnost detekce kortizolu.“
Při testování senzoru jej vědci vystavili různým koncentracím kortizolu a měřili elektrické změny pomocí techniky zvané elektrochemická impedanční spektroskopie. Tato metoda jim umožnila zjistit drobné změny elektrických vlastností, když se kortizol naváže na senzor.
Výsledky experimentů ukázaly, že nový senzor je schopen detekovat hladinu kortizolu s velmi vysokou citlivostí. Dokáže detekovat kortizol až na úrovni 11,85 pikogramů na mililitr tekutiny, což je méně než biliontina gramu. Tato citlivost je mnohem větší než u stávajících metod a umožňuje detekci i nejmenších změn hladiny kortizolu.
Senzor s vysokou citlivostí
Senzor je také schopen pracovat s širokým rozsahem koncentrací kortizolu, od 1 nanogramu na mililitr až po 1 miligram na mililitr. Díky tomu je vhodný pro různé scénáře, včetně monitorování stresu a diagnostiky s ním souvisejících poruch. Vědci tvrdí, že je to poprvé, kdy byl pro detekci kortizolu použit oxid iridia, a že senzor je jednoduchý a levný, což umožňuje jeho komerční využití.
Jedním z hlavních přínosů by měla být možnost sledovat úroveň stresu stejně snadno jako měření srdečního tepu chytrými hodinkami. Díky tomu by lidé mohli aktivně přistupovat k řešení stresu a předcházet s ním spojeným zdravotním problémům dříve, než se stanou vážnými.
Nová technologie by mohla být velmi užitečná pro zdravotníky, kteří by získali cenné informace o stresu pacientů a mohli by tak navrhnout individuální a účinné léčebné strategie. Uplatnění by mohla najít zejména u lidí s diagnózou Cushingova syndromu nebo Addisonovy choroby, kde jsou abnormální hladiny kortizolu významné.
Ještě bude nutný další vývoj
Vědci předpokládají, že tato technologie bude začleněna do přenosných zařízení používaných přímo u pacientů, díky čemuž bude monitorování stresu dostupné a pohodlné pro každého. Ačkoli bude zapotřebí další výzkum a vývoj, než se tyto senzory začnou používat v běžném životě, tato studie představuje významný krok vpřed v naší schopnosti porozumět stresu a zvládat ho.
Přestože jsou výsledky slibné, je nutné brát v úvahu, že studie byla provedena v laboratorních podmínkách za použití umělých vzorků, nikoli skutečných lidských tělních tekutin. Bude tedy zapotřebí dalšího testování, aby se potvrdila účinnost v reálných podmínkách. Vědci také zaznamenali určitou variabilitu mezi různými senzory, kterou bude nutné řešit při budoucím zdokonalování.
Výsledky vědeckého bádání byly publikovány v odborném časopise ScienceDirect. Toto periodikum se zaměřuje na široké spektrum vědeckých disciplín, včetně přírodních věd, inženýrství, medicíny a společenských věd. Přísné recenzní řízení hodnotí kvalitu výzkumu, metodologii a závěry, čímž zaručuje, že články odpovídají vědeckým standardům a přispívají k pokroku v daném oboru.
Zdroje: sciencedirect.com, studyfinds.org.