Носимый сенсор для анализа пота во время тренировок

Новое поколение фитнес-датчиков может дать более глубокое представление о здоровье человека с помощью неинвазивного тестирования биологических жидкостей. Растягивающийся пластырь, разработанный в KAUST, может помочь в этом, упростив анализ пота на ключевые биомаркеры.

Человеческий пот содержит следовые количества органических молекул, которые могут служить измеримыми индикаторами здоровья. Например, колебания глюкозы могут указывать на проблемы с сахаром в крови, а высокий уровень молочной кислоты — на дефицит кислорода. Для обнаружения этих молекул исследователи разрабатывают гибкие прототипы, которые располагаются на коже и направляют пот к специальным электродам, покрытым ферментами. Специфичность связывания фермент-субстрат позволяет этим сенсорам электрически обнаруживать очень низкие концентрации целевых соединений.

Однако одним из препятствий для ферментных биосенсоров является их относительно короткий срок службы. «Даже несмотря на то, что человеческая кожа довольно мягкая, она может отслоить ферментный слой прямо с биосенсора», — говорит Йонджиу Лей, аспирант KAUST.

Лей и его коллеги из группы Хусама Альшарифа разработали носимую систему, которая выдерживает сложности контакта с кожей и обеспечивает улучшенное обнаружение биомаркеров. Их устройство работает на основе тонкой плоской керамики, известной как MXene, которая напоминает графен, но содержит смесь атомов углерода и титана. Металлическая проводимость и низкая токсичность этого 2-D материала делают его идеальной платформой для ферментных сенсоров, согласно последним исследованиям.

Команда присоединила крошечные наночастицы красителя к хлопьям MXene, чтобы повысить их чувствительность к перекиси водорода (H₂O₂) — основному побочному продукту ферментативных реакций в поте. Затем они инкапсулировали хлопья в механически прочные волокна из углеродных нанотрубок и перенесли композит на мембрану, предназначенную для пропускания пота без образования луж. Финальное покрытие из ферментов глюкозооксидазы или лактатоксидазы завершило сборку электрода.

Новые электроды можно было многократно вставлять в растягивающийся полимерный пластырь и извлекать из него. Этот пластырь как поглощает пот, так и передает измеренные сигналы перекиси водорода на внешний источник, например смартфон. Когда команда поместила биосенсор в браслет, который носили добровольцы, катающиеся на велотренажерах, они увидели, что концентрация лактата в поте растет и падает в корреляции с интенсивностью тренировки. Изменения уровня глюкозы также можно было отслеживать в поте с такой же точностью, как и в крови.

«Мы работаем с KAUST и международными партнерами в рамках инициативы Sensors Initiative, чтобы интегрировать крошечные электрические генераторы в пластырь, — говорит Альшариф, руководивший проектом. — Это позволит пластырю создавать собственную энергию для персонализированного мониторинга здоровья».