Nästa generations fitnesssensorer kan ge djupare insikter om människors hälsa genom icke-invasiv testning av kroppsvätskor. Ett stretchigt plåster som utvecklats på KAUST kan hjälpa detta tillvägagångssätt genom att göra det lättare att analysera svett för kritiska biomarkörer.

Människans svett innehåller spårmängder av organiska molekyler som kan fungera som mätbara hälsoindikatorer – glukosfluktuationer, till exempel, kan peka på blodsockerproblem, medan höga halter av mjölksyra kan signalera syrebrist. För att upptäcka dessa molekyler, forskare utvecklar flexibla prototyper som sitter på huden och riktar svett mot speciella enzymbelagda elektroder. Den specifika naturen hos enzym-substratbindning gör det möjligt för dessa sensorer att elektriskt detektera mycket låga koncentrationer av målföreningar.

Ett hinder med enzymbiosensorer, dock, är deras relativt korta livslängd. "Även om mänsklig hud är ganska mjuk, det kan delaminera enzymlagret direkt från biosensorn, " säger Yongjiu Lei, en Ph.D. elev vid KAUST.

Lei och hans kollegor i Husam Alshareefs grupp har nu utvecklat ett bärbart system som kan hantera påfrestningar av hudkontakt och leverera förbättrad detektering av biomarkörer. Deras enhet körs på en tunn, platt keramik känd som MXene som liknar grafen men innehåller en blandning av kol- och titanatomer. Den metalliska ledningsförmågan och låga toxiciteten hos detta 2D-material gör det till en idealisk plattform för enzymsensorer, enligt nyare studier.

Teamet fäste små nanopartiklar av färgämne till MXene-flingor för att öka dess känslighet för väteperoxid, den huvudsakliga biprodukten av enzymkatalyserade reaktioner i svett. Sedan, de kapslade in flingorna i mekaniskt tuffa nanorörsfibrer i kol och överförde kompositen till ett membran utformat för att dra igenom svett utan att samlas. En slutlig beläggning av glukos- eller laktosoxidasenzymer fullbordade elektrodmonteringen.

De nya elektroderna kan upprepade gånger bytas in eller ut ur ett stretchigt polymerplåster som både absorberar svett och överför de uppmätta signalerna av väteperoxid till en extern källa, som en smartphone. När teamet placerade biosensorn i ett armband som bärs av frivilliga som cyklar på stationära cyklar, de såg laktoskoncentrationerna i svett stiga och minska i samband med träningsintensiteten. Förändringar i glukosnivåer kan också spåras lika exakt i svett som i blod.

"Vi arbetar med KAUST och internationella samarbetspartners under paraplyet av Sensors Initiative för att integrera små elektriska generatorer i patchen, " säger Alshareef, som ledde projektet. "Detta kommer att göra det möjligt för plåstret att skapa sin egen kraft för personlig hälsoövervakning."