Kronisk stress kan leda till förhöjt blodtryck och hjärt-kärlsjukdomar, nedsatt immunförsvar, depression och ångest. Tyvärr är de verktyg vi använder för att mäta stress ofta oprecisa eller dyra och bygger på självrapporterade frågeformulär och psykiatriska utvärderingar.
Nu har en tvärvetenskaplig ingenjör vid Tufts University och hans team utvecklat en enkel anordning med specialdesignad tandtråd som enkelt och noggrant kan mäta stresshormonet kortisol i realtid. Arbetet har publicerats i tidskriften ACS Applied Materials and Interfaces.
”Det började med ett samarbete mellan flera avdelningar vid Tufts, där vi undersökte hur stress och andra kognitiva tillstånd påverkar problemlösning och inlärning”, säger Sameer Sonkusale, professor i elektro- och datateknik.
”Vi ville inte att mätningen skulle skapa en ytterligare stressfaktor, så vi funderade på om vi kunde ta fram en mätanordning som kunde bli en del av den dagliga rutinen. Kortisol är en stressmarkör som finns i saliv, så tandtråd verkade vara ett naturligt val för att ta ett dagligt prov.”
Deras design av en salivavkännande tandtråd ser ut precis som en vanlig tandtrådspinne, med tråden spänd mellan två tänder som sticker ut från ett platt plasthandtag, ungefär lika stort som ett pekfinger. Saliven uppsamlas genom kapillärverkan genom en mycket smal kanal i tandtråden. Vätskan dras in i handtaget och en fäst flik, där den sprids över elektroder som detekterar kortisol.
Kortisoligenkänningen på elektroderna sker med hjälp av en remarkabel teknik som utvecklades för nästan 30 år sedan och kallas elektropolymeriserade molekylärt präglade polymerer (eMIP). De fungerar på ungefär samma sätt som när man gör en gipsavgjutning av handen.
En polymer bildas runt en mallmolekyl, i detta fall kortisol, som senare avlägsnas för att lämna kvar bindningsställen. Dessa ställen har ett fysiskt och kemiskt ”minne” av målmolekylen så att de kan binda fritt flytande molekyler som kommer in.
EMIP-formarna är mångsidiga, så man kan skapa tandtrådssensorer som detekterar andra molekyler som finns i saliv, såsom östrogen för fertilitetsmätning, glukos för diabetesövervakning eller markörer för cancer. Det finns också potential att detektera flera biomarkörer i saliv samtidigt, för mer noggrann övervakning av stress, hjärtsjukdomar, cancer och andra tillstånd.
”EMIP-metoden är banbrytande”, säger Sonkusale. ”Biosensorer har vanligtvis utvecklats med hjälp av antikroppar eller andra receptorer som fångar upp den molekyl som är av intresse.
När en markör har hittats krävs mycket arbete för att bioingenjörskonstruera den mottagande molekylen som fästs vid sensorn. eMIP kräver inte stora investeringar i tillverkning av antikroppar eller receptorer. Om man upptäcker en ny markör för stress eller någon annan sjukdom eller tillstånd kan man helt enkelt skapa en polymerform på mycket kort tid.”
Kortisolsensorerna har en noggrannhet som är jämförbar med de bästa sensorerna på marknaden eller under utveckling. Att göra denna enhet tillgänglig i hemmet och för privatpersoner utan behov av utbildning kommer att göra det möjligt att integrera stressövervakning i många aspekter av hälso- och sjukvården. För närvarande håller Sonkusale och hans kollegor på att starta ett företag för att försöka lansera produkten på marknaden.
Han påpekar att även om tandtråds-sensorn är kvantitativt mycket noggrann, är det bäst att spåra markörer i saliv för övervakning, inte för den initiala diagnosen av ett tillstånd. Det beror delvis på att salivmarkörer fortfarande kan variera mellan individer.
”För diagnostik är blod fortfarande guldstandarden, men när du väl har fått en diagnos och börjat med medicinering och behöver följa upp, till exempel ett hjärt-kärlsjukdom, över tid för att se om din hjärthälsa förbättras, kan övervakning med sensorn vara enkelt och möjliggöra snabba ingripanden när det behövs”, säger han.
Den nya forskningen kompletterar en rad trådbaserade sensorinnovationer från Sonkusale och hans forskargrupp, bland annat sensorer som kan detektera gaser, metaboliter i svett eller rörelser när de är inbäddade i kläder, och transistorer som kan vävas in i flexibla elektroniska enheter.
Mer information: Atul Sharma et al, Saliva-Sensing Dental Floss: An Innovative Tool for Assessing Stress via On-Demand Salivary Cortisol Measurement with Molecularly Imprinted Polymer and Thread Microfluidics Integration, ACS Applied Materials & Interfaces (2025). DOI: 10.1021/acsami.5c02988. På arXiv. DOI: 10.48550/arxiv.2410.07270
