Fitnesssensor advarer, når du er ved dine grænser

Ultratynde nanomaterialer, kendt som MXenes, er klar til at gøre det lettere at overvåge en persons velbefindende ved at analysere deres sved.

Mens de deler en lignende todimensionel natur som grafen, er MXener sammensat af ikke-toksiske metaller, såsom titanium, i kombination med kulstof- eller nitrogenatomer. Med naturlig høj ledningsevne og stærke overfladeladninger er MXener attraktive kandidater til biosensorer, der kan detektere små ændringer i kemiske koncentrationer.

I 2019 udviklede Husam Alshareefs gruppe en MXene-kompositelektrode, som de indesluttede i en bærbar armbåndssensor. Enheden, som havde et modulært design, der brugte MXene-indsatser fyldt med passende enzymer, kunne absorbere sved og detektere adskillige analytter i menneskelig sved, inklusive glucose og mælkesyre.

Alshareef og hans kolleger har i samarbejde med Sahika Inals forskerhold for nylig forsøgt at kombinere MXene-ark med hydrogeler - vandfyldte polymerer, der er kompatible med menneskeligt væv, fordi de er i stand til at strække sig. Interessant nok fandt holdet ud af, at høje niveauer af mobile ioner i hydrogelen gav stærk følsomhed over for den mekaniske belastning, der opstår under træning.

"I begyndelsen er MXene-arkene tilfældigt orienteret i hydrogelen, men når du først lægger pres på dem, bliver arkene mere vandret orienteret," forklarer Alshareef. "Fordi MXener har en høj koncentration af negative ladninger på deres overflader, påvirker vandrette arrangementer i høj grad ionbevægelser i hydrogelen, og dermed kan vi måle forskellige niveauer af trykændringer."

En prototype bærbar sensor, udviklet med den nye MXene-hydrogel-forbindelse, var i stand til at spore muskelbevægelser ved at producere distinkte elektriske modstandsmønstre, efterhånden som mekanisk stress øgedes. Disse mønstre ændrede sig igen øjeblikkeligt, da sensoren blev udsat for yderligere ioner i form af sure eller basiske opløsninger.

Dette fik KAUST-teamet til at indse, at deres enhed kunne bruges til at korrelere pH-ændringer i sved med træthedsfremkaldende syreophobninger i muskelceller.

"Når vi træner, og vores muskler bliver trætte, ser sensoren det nye kemiske miljø og producerer forskellige elektriske modstands- og stresskurver," siger Kang Lee, en tidligere KAUST-postdoc og hovedforfatter af undersøgelsen. "Ved at sammenligne disse kurver med referencekurver for en given sensor, kan vi bestemme svedens pH og hvor træt musklen er."

Med Bluetooth-forbindelse til nærliggende digitale enheder kan den MXene-baserede sensor vise sig at være værdifuld for atleter, der leder efter præstationsmålinger i realtid, når teknologien er optimeret. "Den mest alvorlige udfordring er den langsigtede stabilitet af sensoren, så vi kigger på at ændre sammensætninger og designs i fremtidige eksperimenter," siger Alshareef. + Udforsk yderligere

Tager 2D-materialer til MAX.