Новости химической науки > Тату-биосенсоры определяют содержание лактата в поте

Бегуны и велосипедисты вскоре смогут приобрести новое устройство, которое будет соединено с измерителем пройденного расстояния и пульсометром, которые они носят для мониторинга эффективности своих физических нагрузок.

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали тонкий сенсор в виде переводного рисунка, который наносится на кожу, что сильно напоминает временное переводное тату. Работа нового сенсора заключается в непрерывном мониторинге уровня солей молочной кислоты (лактатов) в поте. Улавливая следы этих метаболитов, сенсор может помочь оценить выносливость человека и его физическую работоспособность.

При усиленных тренировках, когда спортсмен выполняет физические упражнения на грани своих возможностей, в мышечных клетках в результате метаболизма глюкозы начинает накапливаться соль молочной кислоты. Тренеры, врачи и физиологи наблюдают за увеличением содержания лактатов, чтобы определить, когда тело человека достигает предела своих физических возможностей. Определение этого порога сможет помочь оценить уровень общей физической подготовки человека, а также обнаружить сбои в обмене веществ или физиологии, если таковые имеют место.

Рисунок из Anal. Chem. 2013, DOI: 10.1021/ac401573r

В настоящее время существует единственный способ для контроля образования соли молочной кислоты во время физических упражнений. Этот способ заключается в заборе крови из пальца через определенные промежутки времени с последующим их анализом в лабораторных условиях. Джозеф Ван (Joseph Wang), исследователь в области наноинженерии из Калифорнийского университета в Сан-Диего говорит, что такой способ, основанный на взятии крови из пальца, очень неудобен. Спортсмену часто приходится прерываться во время тренировки.

Группа ученых под руководством Вана считает, что тату-сенсоры были бы менее инвазивным путем для получения информации такого рода. Они впервые разработали тату-технологию, создавая датчики, предназначенные для мониторинга уровня pH кожи. Для создания pH-датчиков или датчиков, чувствительных к наличию соли молочной кислоты, ученые использовали метод трафаретной печати с целью нанесения электронных компонентов на коммерчески доступную копировальную бумагу для тату. За счет надавливания копировальной бумаги на кожу датчик приклеивается к коже, и бумажная подложка может быть удалена.

Для создания чувствительного к соли молочной кислоты датчика ученые напечатали на бумаге для тату три электрода – один с серебряными и хлорсеребряными чернилами и два – из электропроводных графитовых чернил. Один из графитовых электродов был покрыт лактатоксидазой [lactate oxidase (LOx)], ферментом, который превращает лактат в соль пировиноградной кислоты, в процессе чего высвобождается два электрона. Когда соль молочной кислоты из пота попадает на датчик, высвобожденные электроны генерируют электрический ток пропорционально числу молекул лактата. Исследователи проводят измерение тока при помощи маленького, размером с сотовый телефон, микроамперметра, связанного проводами с электродами датчика.

Ученые испытали этот биосенсор на 10 добровольцах различного уровня физической подготовки. Добровольцы крутили педали на велотренажере с постоянной скоростью в течение 33 минут, в то время как ученые увеличивали и понижали сопротивление велотренажера, чтобы зафиксировать как много усилий необходимо приложить испытуемому.

Ученые наблюдали за электрическим током, генерируемым датчиком в течение времени испытания, и выявили, что содержание лактата на коже увеличивается при росте физических нагрузок. Ван сообщает, что время, необходимое для пикового выброса лактата, различается для каждого добровольца, и, как и ожидалось, зависит от уровня физической подготовки. В другом эксперименте ученые выяснили, что данные, полученные с тату-биосенсора и результаты измерения содержания лактата, полученные при заборе крови из пальца, коррелируют между собой.

Вдобавок к точности измерений, биосенсоры оказались надежными. Ван говорит, что сенсоры были протестированы на растяжение, сгибание, скручивание всех типов. Все эти виды деформаций устройств не оказывают влияние на измерение тока. Ван совместно с коллегами учредил компанию под названием «Электрозим» (Electrozyme) по организации серийного производства нового биосенсора.

Источник: Anal. Chem. 2013, DOI: 10.1021/ac401573r

метки статьи: #аналитическая химия, #биомедицинские микроприборы, #бытовая химия, #медицинская химия