Armbånd laver et sundhedstjek, mens du træner

Næste generations fitnesssensorer kunne give dybere indsigt i menneskers sundhed gennem ikke-invasiv test af kropsvæsker. Et elastisk plaster udviklet hos KAUST kunne hjælpe denne tilgang ved at gøre det lettere at analysere sved for kritiske biomarkører.

Menneskelig sved indeholder spormængder af organiske molekyler, der kan fungere som målbare sundhedsindikatorer - glucoseudsving, for eksempel, kan pege på blodsukkerproblemer, mens høje niveauer af mælkesyre kunne signalere iltmangel. For at detektere disse molekyler, forskere udvikler fleksible prototyper, der sidder på huden og leder sveden mod specielle enzymbelagte elektroder. Den specifikke karakter af enzym-substratbinding gør det muligt for disse sensorer at detektere meget lave koncentrationer af målforbindelser elektrisk.

En hindring med enzymbiosensorer, imidlertid, er deres relativt korte levetid. "Selvom menneskelig hud er ret blød, det kan delaminere enzymlaget lige fra biosensoren, " siger Yongjiu Lei, en ph.d. elev på KAUST.

Lei og hans kolleger i Husam Alshareefs gruppe har nu udviklet et system, der kan bæres, der kan håndtere belastningen af ​​hudkontakt og levere forbedret biomarkørdetektion. Deres enhed kører på en tynd, flad keramik kendt som MXene, der ligner grafen, men indeholder en blanding af kulstof- og titaniumatomer. Den metalliske ledningsevne og lave toksicitet af dette 2-D materiale gør det til en ideel platform for enzymsensorer, ifølge nyere undersøgelser.

Holdet vedhæftede bittesmå farvestof-nanopartikler til MXene-flager for at øge dets følsomhed over for hydrogenperoxid, det vigtigste biprodukt af enzymkatalyserede reaktioner i sved. Derefter, de indkapslede flagerne i mekanisk seje carbon nanorørfibre og overførte kompositten til en membran designet til at trække sved igennem uden at samle sig. En sidste coating af glucose eller lactose-oxidase-enzymer fuldendte elektrodesamlingen.

De nye elektroder kunne gentagne gange byttes ind eller ud af et elastisk polymerplaster, der både absorberer sved og transmitterer de målte signaler af hydrogenperoxid til en ekstern kilde, såsom en smartphone. Da holdet placerede biosensoren i et armbånd båret af frivillige, der kørte på stationære cykler, de så laktosekoncentrationer i sved stige og falde i sammenhæng med træningsintensiteten. Ændringer i glukoseniveauer kan også spores lige så præcist i sved som i blod.

"Vi arbejder med KAUST og internationale samarbejdspartnere under paraplyen af ​​Sensors Initiative for at integrere bittesmå elektriske generatorer i patchen, " siger Alshareef, der ledede projektet. "Dette vil gøre det muligt for patchen at skabe sin egen kraft til personlig sundhedsovervågning."