Figura 1. a) Schema che mostra il progetto del sensore di fatica muscolare basato su Ti3 C2 Tx Idrogel MXene-PVA/PAA (M-idrogel). b) Effetto della deformazione assiale applicata sulla resistenza dell'idrogel M (ΔR/R0 ). c) variazione della resistenza elettrica dell'M-idrogel con il pH; il pH è stato controllato cambiando la composizione della soluzione di PBS. d) Modifica tempo-dipendente della resistenza dell'M-idrogel in funzione del pH dell'ambiente. Cambiamenti improvvisi nella resistenza dell'M-idrogel si osservano quando si gocciolano soluzioni di PBS con diversi valori di pH. e) Immagine fotografica che mostra la configurazione sperimentale per misurare la resistenza dell'M-idrogel sotto sforzo applicato a diverse condizioni di pH. f) Modifica non lineare della resistenza all'idrogel M sotto sforzo applicato a condizioni di pH basso. Quando la corrente ionica domina, otteniamo non linearità in ΔR rispetto alla deformazione. Credito:DOI:10.1002/smtd.202100819
I nanomateriali ultrasottili, noti come MXenes, sono pronti a semplificare il monitoraggio del benessere di una persona analizzando la loro traspirazione.
Sebbene condividano una natura bidimensionale simile al grafene, gli MXeni sono composti da metalli non tossici, come il titanio, in combinazione con atomi di carbonio o azoto. Con un'elevata conduttività naturale e forti cariche superficiali, gli MXene sono candidati interessanti per biosensori in grado di rilevare piccoli cambiamenti nelle concentrazioni chimiche.
Nel 2019, il gruppo di Husam Alshareef ha sviluppato un elettrodo composito MXene, che ha racchiuso in un sensore da bracciale indossabile. Il dispositivo, che aveva un design modulare che utilizzava inserti in MXene caricati con enzimi appropriati, poteva assorbire il sudore e rilevare diversi analiti nel sudore umano, inclusi glucosio e acido lattico.
Alshareef e i suoi colleghi, in collaborazione con il team di ricerca di Sahika Inal, hanno recentemente provato a combinare fogli di MXene con idrogel, polimeri pieni d'acqua compatibili con i tessuti umani perché in grado di allungarsi. Curiosamente, il team ha scoperto che alti livelli di ioni mobili nell'idrogel producono una forte sensibilità allo sforzo meccanico che si verifica durante l'esercizio.
"Inizialmente i fogli MXene sono orientati in modo casuale all'interno dell'idrogel, ma una volta applicata la pressione su di essi, i fogli diventano più orientati orizzontalmente", spiega Alshareef. "Poiché gli MXenes hanno un'alta concentrazione di cariche negative sulle loro superfici, le disposizioni orizzontali influenzano fortemente i movimenti degli ioni all'interno dell'idrogel e quindi possiamo misurare diversi livelli di variazione della pressione."
Un prototipo di sensore indossabile, sviluppato con il nuovo composto MXene-idrogel, è stato in grado di tracciare il movimento muscolare producendo modelli di resistenza elettrica distinti all'aumentare dello stress meccanico. Questi schemi a loro volta sono cambiati istantaneamente quando il sensore è stato esposto a ioni aggiuntivi sotto forma di soluzioni acide o basiche.
Ciò ha portato il team KAUST a realizzare che il loro dispositivo potrebbe essere utilizzato per correlare i cambiamenti di pH nel sudore agli accumuli di acido che inducono affaticamento nelle cellule muscolari.
"Mentre ci alleniamo e i nostri muscoli si stancano, il sensore vede il nuovo ambiente chimico e produce diverse curve di resistenza elettrica rispetto allo stress", afferma Kang Lee, ex post-dottorato KAUST e autore principale dello studio. "Confrontando queste curve con le curve di riferimento per un determinato sensore, possiamo determinare il pH del sudore e quanto è affaticato il muscolo."
Con la connettività Bluetooth ai dispositivi digitali vicini, il sensore basato su MXene può rivelarsi prezioso per gli atleti che cercano misurazioni delle prestazioni in tempo reale una volta che la tecnologia è ottimizzata. "La sfida più seria è la stabilità a lungo termine del sensore, quindi stiamo cercando di alterare composizioni e design in esperimenti futuri", afferma Alshareef. + Esplora ulteriormente
