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Il braccialetto esegue un controllo sanitario mentre ti alleni

Un diagramma schematico del sistema di sensori che mostra come le gocce di sudore sono dirette verso gli elettrodi rivestiti con enzimi in grado di rilevare basse concentrazioni di composti bersaglio.

I sensori di fitness di nuova generazione potrebbero fornire approfondimenti più dettagliati sulla salute umana attraverso test non invasivo dei fluidi corporei. Una patch elastica sviluppata dal KAUST potrebbe aiutare questo approccio rendendo più facile analizzare il sudore per i biomarcatori critici.

La traspirazione umana contiene tracce di molecole organiche che possono agire come indicatori misurabili della salute – le fluttuazioni del glucosio, ad esempio, possono indicare problemi di zucchero nel sangue, mentre alti livelli di acido lattico possono segnalare carenze di ossigeno. Per rilevare queste molecole, i ricercatori stanno sviluppando prototipi flessibili che si posizionano sulla pelle e dirigono il sudore verso elettrodi rivestiti di enzimi speciali. La natura specifica del legame enzima-substrato consente a questi sensori di rilevare elettricamente concentrazioni molto basse di composti bersaglio.

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Un ostacolo con i biosensori enzimatici, tuttavia, è la loro vita relativamente breve. “Anche se la pelle umana è abbastanza morbida, può delaminare lo strato enzimatico direttamente dal biosensore”, afferma Yongjiu Lei, ricercatore presso il KAUST.

Lei e i suoi colleghi del gruppo di Husam Alshareef hanno ora sviluppato un sistema indossabile in grado di gestire i rigori del contatto con la pelle e fornire una migliore rilevazione dei biomarker. Il loro dispositivo funziona su una sottile ceramica piatta denominata MXene che assomiglia al grafene ma contiene una miscela di atomi di carbonio e titanio. La conduttività metallica e la bassa tossicità di questo materiale 2D lo rendono una piattaforma ideale per i sensori enzimatici, secondo studi recenti.

Il team ha collegato minuscole nanoparticelle di colorante alle scaglie di MXene per aumentare la sua sensibilità al perossido di idrogeno, il principale sottoprodotto delle reazioni catalizzate da enzima nel sudore. Quindi, hanno incapsulato le scaglie in fibre di nanotubi di carbonio meccanicamente resistenti e trasferito il composito su una membrana progettata per attirare il sudore senza raggruppamento. Un rivestimento finale di enzimi glucosio o lattosio-ossidasi ha completato il gruppo elettrodo.

I nuovi elettrodi potrebbero essere ripetutamente scambiati all’interno o all’esterno di un patch polimerico elastico che assorbe il sudore e trasmette i segnali misurati del perossido di idrogeno a una fonte esterna, come uno smartphone. Quando il team ha collocato il biosensore in un braccialetto indossato da volontari in sella a biciclette stazionarie, hanno visto le concentrazioni di lattosio nel sudore salire e scendere in correlazione con le intensità di allenamento. Le variazioni dei livelli di glucosio potrebbero anche essere monitorate con la precisione del sudore come nel sangue.

“Stiamo collaborando con KAUST e collaboratori internazionali nell’ambito della Sensors Initiative per integrare minuscoli generatori elettrici nella patch”, afferma Alshareef, che ha guidato il progetto. “Ciò consentirà alla patch di creare l’energia per il monitoraggio personalizzato della salute.”

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