अंगावर लावता येतील असे स्वेद सेन्सर आता चिकटपट्टीवर

^{छायाचित्र: मिसुमूह, पिक्सबेच्या सौजन्याने}

सर्व सजीवांना त्यांची शारीरिक कामे पार पाडण्यासाठी उर्जा लागते. ही ऊर्जा पेशींतर्गत होणाऱ्या विविध भौतिक व रासायनिक प्रक्रियांमधून मिळवली जाते. उर्जा तयार होण्याच्या आणि वापरण्याच्या सर्व प्रक्रियांचा ज्या घटनेत समावेश होतो तिला चयापचय म्हणतात. चयापचयाच्या या प्रक्रियेतील वेगवेगळ्या टप्प्यावर तयार होणाऱ्या विविध उप-उत्पाद संयुगांना मेटाबोलाइट्स असे म्हणतात. वैद्यकीय चिकित्सक, माणसाच्या शरीरातील रक्त, मूत्र, स्वेद आणि लाळ यासारख्या द्रवांमध्ये असणाऱ्या मेटाबोलाइट्सचे प्रमाण मोजून, त्यावरून शरीराची सर्व जैविक कार्ये व्यवस्थित चालू आहेत की नाहीत हे तपासतात. सर्वसाधारणपणे निरोगी लोकांना वर्षातून दोनदा तपासणी करून घेणे पुरते. परंतु जुनाट आजार असलेल्या लोकांना मात्र त्यांच्या तब्बेतीची नियमित वैद्यकीय चाचणी करणे अत्यावश्यक असते. त्याचप्रमाणे खेळाडूंना देखील हायपोक्सिया, डिहायड्रेशन आणि स्नायूंच्या थकव्याची तपासणी करण्यासाठी वेळोवेळी शारीरिक चयापचयांच्या प्रक्रियांवर बारीक लक्ष ठेवणे गरजेचे असते. अशाप्रकारे शारीरिक चयापचयावर देखरेख ठेवू शकणारी वैद्यकीय साधने (मॉनिटर्स) अंगावर घालता येण्याजोगी असतील आणि शरीराला कमीतकमी जखम होईल (सुई टोचणे किंवा कापणे आवश्यक नसणारी) याची खबरदारी घेऊन मोजमाप घेऊ शकत असतील तर जास्त फायद्याचे ठरते. एका नवीन अभ्यासानुसार, भारतीय तंत्रज्ञान संस्था मुंबई (आयआयटी बॉम्बे) आणि अमेरिकेच्या टफ्ट्स युनिव्हर्सिटीच्या संशोधकांनी घामातील मेटाबोलाइट्सची पातळी मोजण्यासाठी अभिनव सेन्सर विकसित केले आहेत. हे सेन्सर चिकट पट्ट्यांवर चढविले जाऊ शकतात तसेच कापडाच्या धाग्यात अंतर्भूत केले जाऊ शकतात.

हा अभ्यास एनपीजे फ्लेक्झिबल इलेक्ट्रॉनिक्स या नियतकालिकात प्रकाशित केला गेला होता आणि त्याला सेंटर फॉर अप्लाइड ब्रेन अँड कॉग्निटिव्ह सायन्सेस (सीएबीसीएस), यूएस आर्मी कॉम्बॅट केपेबिलिटी डेव्हलपमेंट कमांड, ऑफिस ऑफ नेव्हल रिसर्च (ओएनआर), तसेच विज्ञान आणि तंत्रज्ञान विभाग, शैक्षणिक व संशोधन सहकार्य प्रोत्साहन परीयोजना (स्पार्क, मानव संसाधन विकास मंत्रालय), भारत सरकार यांच्याद्वारे आर्थिक पाठबळ लाभले होते.

प्राध्यापक समीर सोनकुसळे म्हणतात, “व्यक्तीच्या स्वेदाचे वैद्यकीय परीक्षण केले असता एकूण तब्बेतीबाबत स्मार्टवॉचपेक्षा ही जास्त प्रभावीपणे माहिती मिळू शकते. त्यामुळे हा अत्यंत कुतूहलाचा विषय बनला आहे.” ते टफ्ट्स विद्यापीठात प्राध्यापक असून प्रस्तुत अभ्यासातील ज्येष्ठ संशोधक आहेत. “स्वेदातील इतरही मेटाबोलाइट्सचा शोध घेतल्यास नाविन्यपूर्ण वैद्यकीय निदानाच्या पद्धती विकसित करण्यासाठी संधी प्राप्त होईल,” असे ते पुढे म्हणाले.

स्वेदामध्ये उपस्थित असलेले आयन (रासायनिक विद्युतभारीत कण) शरीराच्या चयापचय स्थितीचे एकंदर चित्र आपल्यापुढे उभे करतात. उदाहरणार्थ, सोडियम आयन शरीरातील पाण्याच्या कमतरतेचे निदान करण्यास मदतनीस ठरतात. अमोनियम आयनच्या पातळीवरून प्रथिनांचे पचन, यकृताचे कार्य आणि ऑक्सिजन पातळीचा अंदाज वर्तवता येतो. आणि लॅक्टेट आयनची वाढीव पातळी स्नायूंचा थकवा दर्शवते. संशोधकांनी तीन प्रकारच्या सेन्सरची निर्मिती केली, एकात कार्बन-लेपित पॉलिएस्टर धागे वापरले जे सोडियम आणि अमोनियम आयनची पातळी दर्शवतात, दुसऱ्या प्रकारात कार्बन-लेपित स्टेनलेस स्टील धागे घेतले जे शारीरिक आम्लतेची (pH) चाचणी  करतात. आणि तिसऱ्या प्रकारात त्यांनी पॉलिएस्टर धागे वापरले, ज्यांच्यावर लॅक्टेट आयनचे ऑक्सिडन करून त्यांचा शोध घेण्याची क्षमता असणाऱ्या विकरांचा लेप दिला होता.

हे सेन्सर्स इलेक्ट्रॉनिक सर्किट बोर्ड्सशी जोडलेले होते. या बोर्ड्सनी सेन्सर्सद्वारे मिळवलेली सर्व माहिती संगणकीय प्रोग्राममध्ये वायरलेस पद्धतीने पुनःप्रक्षेपित केली आणि अशा रीतीने संगणकीय प्रोग्राम वापरून विविध मेटाबोलाइट्सच्या पातळीचे मोजमाप करता आले.

“ज्याक्षणी सेन्सरद्वारे आयनच्या पातळीत झालेला फरक नोंदवला जातो त्याच क्षणी ही माहिती वायरलेसरित्या त्वरित प्रसारित करून संगणकाच्या (किंवा फोनच्या) पडद्यावर प्रदर्शित होते. माझ्या मते या प्रसारणाला साधारणपणे एका सेकंदाचा वेळ लागतो," असे प्रा. सोनकुसळे म्हणाले.

संशोधकांना असे आढळले की लॅक्टेट सेन्सर ५ - ३० सेकंदात मेटाबोलाइट्स शोधू शकला. त्यांच्या प्रस्तावित म्हणण्यानुसार वास्तविक वेळच्या (रियल टाईम) मेटाबोलाइट पातळीचे मोजमाप करण्यासाठी इतका अवधी पुरेसा आहे. त्यांना असेही आढळले की सेन्सरमधील धागे हे त्या त्या आयनचा निश्चितरूपाने शोध घेऊ शकतात आणि द्रावणातील सारख्याच प्रकारच्या परंतु इतर अवांछित रेणूंना कोणतीही प्रतिक्रिया देत नाहीत.

सेन्सर धागे आणि इलेक्ट्रॉनिक रीडआउट प्रणालीचे स्वतंत्रपणे मूल्यमापन केल्यावर, त्यांचा प्रयोग  मनुष्यांवर करण्याची वेळ आली. सर्वप्रथम सेन्सर धाग्यांना त्यांचे लक्ष्य असलेल्या आयनच्या सौम्य द्रावणात ठेवून सक्रिय करण्यात आले. यानंतर सर्व सेन्सर धागे आदर्शपणे कार्य करतील अशा पद्धतीने त्यांचे प्रमाणीकरण केले गेले. प्राध्यापक सोनकुसळे असे स्पष्ट करतात की, “सेन्सर्स बनवण्याच्या प्रक्रियेत दरवेळी थोडाफार बदल होतो त्यामुळे प्रत्येक सेन्सर वेगळा असू शकतो. म्हणून रासायनिक सेन्सर्सचा वापर करण्यापूर्वी  त्यांचे प्रमाणीकरण करणे आवश्यक असते.”

सोडियम आयन, अमोनियम आयन आणि पीएचसाठीचे सेन्सर धागे एका चिकट पट्टीवर एकत्रित केले गेले. लॅक्टेट सेन्सरसाठी निराळ्या पट्ट्या वापरण्यात आल्या होत्या कारण त्यांच्याद्वारे मिळालेल्या माहितीचे विश्लेषण एक निराळे साधन वापरून केले जाते. विद्युतदाबातील बदलांची नोंद घेऊन कार्य करणारा पोटेंशीओमीटर वापरून आयनच्या पातळीत होणारे बदल मोजले जातात. तर लॅक्टेटची पातळी अमीटरद्वारे विद्युतप्रवाहाच्या स्वरूपात मोजली जाते. स्वेद गोळा करण्यासाठी शोषक पृष्ठभाग मिळावा यासाठी चिकट पट्टीवरील सेन्सर असलेल्या भागावर तलम जाळीदार पारदर्शक कापड (गॉझ) लावण्यात आले होते.

“हा कमी खर्चिक असा बँड-एड-सारखा पॅच आहे, ज्याचा एकदा वापर झाल्यानंतर तो फेकून देता येतो. परंतु, इलेक्ट्रॉनिक्स संरचना मात्र पुन्हा वापरली जाऊ शकते," अंगावर बाळगण्यायोग्य सेन्सर पॅचचे वर्णन करताना प्राध्यापक सोनकुसळे म्हणतात. “वापरून झाल्यावर विल्हेवाट लावता येण्याजोगा कापडी सेन्सर जैव-अपघटनीय आहे. भविष्यात, पुन्हा वापरता येण्याजोग्या इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये वातावरणातून उर्जा मिळवणारी संरचना सुद्धा अंतर्भूत करता येईल, ज्यामुळे सेन्सर अधिक टिकाऊ बनेल,” असे आय आय टी मुंबई येथील प्राध्यापिका मरीयम शोजेई म्हणतात. त्याही प्रस्तुत अभ्यासातील एक ज्येष्ठ संशोधिका आहेत.

या प्रयोगात भाग घेणाऱ्या व्यक्तींच्या दंड, कपाळ आणि पाठीच्या खालच्या बाजूवर सेन्सर पट्ट्या लावण्यात आल्या. आणि नंतर त्यांना सौम्य व्यायाम करायला सांगितले. त्यांना साधारणपणे १० - २० मिनिटांनी घाम फुटला. हा स्वेद पट्टीवरील तलम पारदर्शक कापडाद्वारे शोषला गेला. सेन्सरने वेगवेगळे आयन शोधले आणि संशोधकांना आयनिक स्तरामध्ये त्या त्या वेळी होणारे बदल (रियल टाईम बदल) सांगणारी माहिती मिळाली. पुढे या माहितीचा उपयोग सहभागी व्यक्तींच्या तंदुरुस्तीचे विश्लेषण करण्यासाठी केला जाऊ शकेल.

“आहार आणि व्यायामातील बदलानुसार व्यक्तीच्या स्वेदातील आयनिक पातळी बदलते. हे बदल काही मिनिटांतच घडतात. विविध सहभागी व्यक्तींमध्ये त्यांच्या संपूर्ण शारीरिक आरोग्याबरहुकूम आणि तंदुरुस्तीवर आधारित असे आयनचे विविध स्तर दिसतात," असे प्रा. सोनकुसळे स्पष्ट करतात.

या अभ्यासामुळे, सहजपणे अंगावर बाळगण्याजोगे आणि द्रुतगतीने काम करणारे स्वेद सेन्सर तयार करण्याच्या भविष्यातील संधींवर प्रकाश टाकण्याचा मार्ग स्पष्ट होतो. परंतु, असे सेन्सर प्लॅटफॉर्म बनविणे सोपे नाही. “ज्याच्यामुळे वापरकर्त्याला कोणतीही अस्वस्थता आणि गैरसोय होणार नाही आणि जो शरीराशी सहजगत्या एकरूप होईल असा सेन्सर विकसित करणे हे एक आव्हान आहे कारण सेन्सर आणि इलेक्ट्रोनिक्स प्लॅटफॉर्ममुळे अवजडपणा आणि कडकपणा वाढतो आणि पर्यायाने तो शरीराशी अननुरूप होतो.” असे प्राध्यापक सोनकुसळे म्हणतात, “आम्ही बनवलेले कापडी धाग्यांमध्ये अंतर्भूत सेन्सर्स आदर्श सब्सट्रेट्स म्हणून काम करतात कारण स्वेदात उपस्थित वेगवेगळ्या बायोमार्कर्सचे निरीक्षण करण्यासाठी ते कार्यान्वित केले जाऊ शकतात आणि कोणत्याही कापडावर किंवा स्वतंत्र पॅच म्हणूनही वापरले जाऊ शकतात. आम्हीही स्वतंत्र पॅचच बनवले आहेत,” असे ते शेवटी म्हणाले.