I sensori di fitness di prossima generazione potrebbero fornire informazioni più approfondite sulla salute umana attraverso test non invasivi dei fluidi corporei. Un cerotto elastico sviluppato presso KAUST potrebbe aiutare questo approccio rendendo più facile l'analisi del sudore per i biomarcatori critici.

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

Un ostacolo con i biosensori enzimatici, però, è la loro vita relativamente breve. "Anche se la pelle umana è piuttosto morbida, può delaminare lo strato enzimatico direttamente dal biosensore, "dice Yongjiu Lei, un dottorato di ricerca studente presso 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 biomarcatori. Il loro dispositivo funziona su un sottile, ceramica piatta nota come 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 2-D lo rendono una piattaforma ideale per sensori enzimatici, secondo recenti studi.

Il team ha attaccato minuscole nanoparticelle di colorante ai fiocchi di MXene per aumentare la sua sensibilità al perossido di idrogeno, il principale sottoprodotto delle reazioni catalizzate da enzimi nel sudore. Quindi, hanno incapsulato i fiocchi in fibre di nanotubi di carbonio meccanicamente resistenti e hanno trasferito il composito su una membrana progettata per assorbire il sudore senza accumularsi. Un rivestimento finale di enzimi glucosio o lattosio-ossidasi ha completato l'assemblaggio dell'elettrodo.

I nuovi elettrodi potrebbero essere scambiati ripetutamente dentro o fuori da un cerotto 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 inserito il biosensore in un braccialetto indossato da volontari in sella a biciclette fisse, hanno visto le concentrazioni di lattosio nel sudore aumentare e diminuire in correlazione con l'intensità dell'allenamento. I cambiamenti nei livelli di glucosio potrebbero anche essere monitorati con la stessa precisione nel sudore come nel sangue.

"Stiamo lavorando con KAUST e collaboratori internazionali sotto l'egida della Sensors Initiative per integrare minuscoli generatori elettrici nella patch, "dice Alshareef, che ha guidato il progetto. "Ciò consentirà alla patch di creare il proprio potere per il monitoraggio della salute personalizzato".