Непрерывный мониторинг уровня пота может выявить ценную информацию о здоровье человека, такую как уровень глюкозы в организме. Однако, по словам исследователей из университета Пенсильвании, носимых датчиков, ранее разработанных для этой цели, не хватало, они не выдерживали суровых условий или не достигали специфичности, необходимой для непрерывного мониторинга. Теперь исследовательская группа создала новый носимый патч, который, возможно, справится с этой задачей.
Изготовленное из модифицированного лазером графенового нанокомпозитного материала, устройство может определять определенный уровень глюкозы в поте в течение трех недель, одновременно контролируя температуру тела и уровень рН, сообщают исследователи в журнале Advanced Functional Materials.
“Пот идеально подходит для непрерывного и неинвазивного обнаружения биомаркеров в режиме реального времени”, – сказал главный исследователь Хуанью “Ларри” Ченг, доцент кафедры инженерных наук и механики мемориала Джеймса Л. Хендерсона-младшего (ESM) в Пенсильванском университете.
“Но низкие уровни концентрации биомаркеров в поте и изменчивость других факторов, таких как рН, соленость и температура, вывели предыдущие биосенсоры пота за пределы их обнаружения и точности. Это устройство способно учитывать эту вариабельность при измерении уровня глюкозы с необходимой специфичностью в течение нескольких недель подряд”.
Ченг и его коллеги из своих предыдущих исследований датчиков и работ, проведенных другими исследователями, пришли к выводу, что лазерно-индуцированные графеновые электроды (LIG) — электроды, изготовленные из наноматериала, сконструированного за один шаг с помощью лазерного скрайбирования, — могут стать многообещающей отправной точкой для разработки более эффективного носимого датчика пота.
По словам Ченга, несмотря на ограничения, связанные с низкой чувствительностью к глюкозе и ограниченной площадью поверхности для необходимой электрохимии, электроды LIG просты в изготовлении, доступны по цене и гибки.
Работая на наноуровне, исследователи сообщили, что с помощью простой лазерной обработки создали стабильную трехмерную сеть из высокопроводящих сплавов благородных металлов — в данном случае золота и серебра — и нанокомпозитных материалов на основе углерода на пористом LIG-электроде. По словам Ченга, благородные металлы обладают не только высокой электропроводностью, но и устойчивостью к окислению.
По словам Ченга, нагревая нанокомпозитный материал из сплава золота и серебра с помощью простой лазерной обработки, материал также противостоит агломерации. Это распространенное явление, когда наночастицы объединяются в кластеры, ограничивая площадь поверхности материала.
“Глюкоза на поверхности модифицированного электрода LIG окисляется при более низком потенциале”, – сказал первый автор Фарназ Лорестани, аспирант ESM. “Это окисление генерирует измеримое изменение тока или потенциала, которое прямо пропорционально общей концентрации глюкозы в растворе. Мы также наблюдаем гораздо большую стабильность с течением времени: обработанный лазером датчик теряет всего 9% своей чувствительности в течение трех недель по сравнению с 20% потерей чувствительности датчика без лазерной обработки “.
По словам исследователей, в дополнение к измерению уровня глюкозы модифицированный электрод LIG также реагировал на изменения уровня рН. Чтобы изготовить носимое устройство, они объединили двойной датчик глюкозы и рН с другим датчиком температуры на основе LIG и растягивающимся слоем с микрожидкостными каналами в форме спиралей для непрерывного сбора и направления пота для отбора проб.
По словам Ченга, устройство позволяет калибровать показатели глюкозы на основе колебаний рН пота и температуры тела в результате таких действий, как физические упражнения и прием пищи. Носимый в виде нашивки шириной примерно в два раза больше почтовой марки и прикрепленный к коже клейкой лентой, он может передавать собранные данные по беспроводной сети на компьютер или мобильное устройство для мониторинга и анализа в режиме реального времени.
“Результатом нашей работы стал датчик с заметной чувствительностью и стабильностью для мониторинга уровня глюкозы в течение нескольких недель”, – сказал Ченг. “Это недорогая платформа, предлагающая удобный, точный и непрерывный анализ пота в различных условиях, которая обладает большим потенциалом для индивидуального здоровья и здоровья населения, персонализированной медицины и точного питания”.