Непрерывный мониторинг потоотделения позволяет получить ценную информацию о состоянии здоровья человека, например, об уровне глюкозы в организме. Однако, по мнению исследователей из Университета Пенсильвании, ранее разработанные для этих целей носимые датчики были недостаточно эффективны, не выдерживали жёстких условий эксплуатации и не обладали характеристиками, необходимыми для непрерывного мониторинга. Теперь исследовательская группа создала новый носимый пластырь, который, возможно, справится с этой задачей.
Устройство, изготовленное на основе модифицированного лазером графенового нанокомпозитного материала, способно определять уровень глюкозы в поту в течение трёх недель, одновременно контролируя температуру тела и уровень pH, сообщается в журнале Advanced Functional Materials.
«Пот идеально подходит для непрерывного и неинвазивного обнаружения биомаркеров в режиме реального времени, — сказал главный исследователь Хуанью «Ларри» Ченг (Huanyu "Larry" Cheng), доцент кафедры инженерных наук Джеймса Л. Хендерсона-мл. Мемориальный доцент кафедры инженерных наук и механики (ESM) Университета штата Пенсильвания. — Однако низкие уровни концентрации биомаркеров в поте и изменчивость других факторов, таких как pH, солёность и температура, привели к тому, что предыдущие биосенсоры пота оказались за пределами возможностей их обнаружения и точности. Данное устройство способно учитывать эту изменчивость и при этом измерять уровень глюкозы с необходимой точностью в течение нескольких недель».
Ченг и его коллеги на основании своих предыдущих исследований датчиков и работ других исследователей пришли к выводу, что электроды из графена с лазерным наведением (LIG) — электроды, изготовленные с использованием наноматериала, созданного за один шаг с помощью лазерной маркировки — могут стать перспективной 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, LIG-электроды просты в изготовлении, доступны по цене и гибки.
«Глюкоза на поверхности модифицированного LIG-электрода окисляется при более низком потенциале, — говорит первый автор Фарназ Лорестани, постдокторант ESM. — В результате окисления возникает измеримый ток или изменение потенциала, которое прямо пропорционально общей концентрации глюкозы в растворе. Кроме того, мы наблюдаем гораздо большую стабильность во времени: датчик, обработанный лазером, потерял всего 9% своей чувствительности за три недели по сравнению с 20%-ной потерей чувствительности для датчика без лазерной обработки».
По словам исследователей, модифицированный LIG-электрод не только измеряет уровень глюкозы, но и реагирует на изменение уровня pH. Для создания носимого устройства они объединили двойной датчик глюкозы и pH с другим температурным датчиком на основе LIG и растягивающимся слоем со спиралевидными микрофлюидными каналами для непрерывного сбора и направления пота для отбора проб.
По словам Ченга, устройство позволяет калибровать измерения глюкозы на основе колебаний pH пота и температуры тела, возникающих в результате таких видов деятельности, как физические упражнения и приём пищи. Носимый в виде пластыря шириной примерно в два раза больше почтовой марки и прикрепляемый к коже с помощью клейкой ленты, он может передавать собранные данные по беспроводной связи на компьютер или мобильное устройство для мониторинга и анализа в режиме реального времени.
