Fitnesssensoren van de volgende generatie kunnen diepere inzichten in de menselijke gezondheid geven door middel van niet-invasieve testen van lichaamsvloeistoffen. Een rekbare patch die bij KAUST is ontwikkeld, zou deze aanpak kunnen helpen door het gemakkelijker te maken om zweet te analyseren op kritische biomarkers.

Menselijke transpiratie bevat sporen van organische moleculen die kunnen fungeren als meetbare gezondheidsindicatoren:glucoseschommelingen, bijvoorbeeld, kan wijzen op bloedsuikerproblemen, terwijl hoge niveaus van melkzuur zuurstoftekorten kunnen signaleren. Om deze moleculen te detecteren, onderzoekers ontwikkelen flexibele prototypes die op de huid zitten en zweet naar speciale enzym-gecoate elektroden leiden. De specifieke aard van enzym-substraatbinding stelt deze sensoren in staat om zeer lage concentraties doelverbindingen elektrisch te detecteren.

Een obstakel met enzymbiosensoren, echter, is hun relatief korte levensduur. "Hoewel de menselijke huid vrij zacht is, het kan de enzymlaag direct van de biosensor delamineren, " zegt Yongjiu Lei, een doctoraat student aan KAUST.

Lei en zijn collega's in de groep van Husam Alshareef hebben nu een draagbaar systeem ontwikkeld dat de ontberingen van huidcontact aankan en verbeterde detectie van biomarkers levert. Hun apparaat draait op een dunne, platte keramiek bekend als MXene dat lijkt op grafeen maar een mengsel van koolstof- en titaniumatomen bevat. De metalen geleidbaarheid en lage toxiciteit van dit 2D-materiaal maken het een ideaal platform voor enzymsensoren, volgens recente studies.

Het team hechtte minuscule kleurstof nanodeeltjes aan MXene-vlokken om de gevoeligheid voor waterstofperoxide te vergroten, het belangrijkste bijproduct van door enzymen gekatalyseerde reacties in zweet. Vervolgens, ze kapselden de vlokken in in mechanisch taaie koolstof nanobuisvezels en brachten de composiet over op een membraan dat ontworpen was om zweet door te trekken zonder te poolen. Een laatste coating van glucose- of lactose-oxidase-enzymen voltooide het elektrodesamenstel.

De nieuwe elektroden kunnen herhaaldelijk in of uit een rekbare polymeerpleister worden verwisseld die zowel zweet absorbeert als de gemeten signalen van waterstofperoxide naar een externe bron verzendt. zoals een smartphone. Toen het team de biosensor in een polsbandje plaatste dat werd gedragen door vrijwilligers die op stationaire fietsen reden, ze zagen de lactoseconcentraties in het zweet stijgen en dalen in samenhang met de trainingsintensiteit. Veranderingen in glucosespiegels kunnen ook zo nauwkeurig worden gevolgd in zweet als in bloed.

"We werken samen met KAUST en internationale medewerkers onder de paraplu van het Sensors Initiative om kleine elektrische generatoren in de patch te integreren, " zegt Alshareef, die het project leidde. "Hierdoor kan de patch zijn eigen kracht creëren voor gepersonaliseerde gezondheidsmonitoring."