Sweat it out: nuovo biosensore indossabile per il monitoraggio degli elettroliti del sudore per l’uso in ambito sanitario e sportivo

Il dispositivo trasmette le misurazioni in modalità wireless e può essere applicato senza soluzione di continuità alla superficie esterna dei tessuti

Il notevole livello di miniaturizzazione possibile nell’elettronica moderna ha spianato la strada alla realizzazione di dispositivi sanitari precedentemente confinati nel regno della fantascienza. I sensori indossabili ne sono un esempio lampante. Come suggerisce il nome, questi dispositivi vengono indossati sul corpo, di solito direttamente sulla pelle. Possono monitorare importanti parametri corporei, tra cui frequenza cardiaca, pressione sanguigna e attività muscolare.

Alcuni sensori indossabili possono anche rilevare sostanze chimiche nei fluidi corporei. Ad esempio, i biosensori del sudore possono misurare la concentrazione di ioni nel sudore, fornendo informazioni sui loro livelli nel sangue. Tuttavia, la progettazione di tali sensori chimici è più complessa dei sensori fisici. Il contatto diretto tra un sensore chimico indossabile e la pelle può causare irritazioni e allergie. Al contrario, se il sensore è fabbricato direttamente su un tessuto indossabile, la sua precisione diminuisce a causa delle irregolarità della superficie.

In un recente studio, un gruppo di ricerca, guidato dal Professore Associato Isao Shitanda della Tokyo University of Science (TUS) in Giappone, ha sviluppato un innovativo biosensore del sudore che affronta i suddetti problemi. Il loro lavoro, pubblicato online su ACS Sensors il 15 giugno 2023, descrive l’uso di una tecnica chiamata “stampa a trasferimento termico” per fissare un sensore di ioni cloruro sottile e flessibile su un substrato tessile. Lo studio è stato co-autore del Dr. Masahiro Motosuke, del Dr. Tatsunori Suzuki, del Dr. Shinya Yanagita e del Dr. Takahiro Mukaimoto del TUS.

” Il sensore proposto può essere trasferito su substrati in fibra e quindi può essere incorporato in tessuti come magliette, braccialetti e solette “, spiega il dott. Shitanda. “ Inoltre, indicatori di salute come la concentrazione di ioni cloruro nel sudore possono essere misurati semplicemente indossandoli. “

L’approccio della stampa a trasferimento termico offre numerosi vantaggi. Per prima cosa, il sensore viene trasferito all’esterno del capo di abbigliamento, il che previene l’irritazione della pelle. Inoltre, l’effetto traspirante del tessuto aiuta a diffondere uniformemente il sudore tra gli elettrodi del sensore, creando un contatto elettrico stabile. Inoltre, stampando il sensore su una superficie piana e poi trasferendolo si evita la formazione di bordi sfocati che si verificano comunemente quando si stampa direttamente su un tessuto.

I ricercatori hanno accuratamente selezionato i materiali ei meccanismi elettrochimici del sensore per evitare di rischiare una reazione allergica per chi lo indossa. Dopo aver sviluppato il sensore, hanno condotto vari esperimenti utilizzando il sudore artificiale per verificarne l’accuratezza nella misurazione della concentrazione di ioni cloruro. La variazione della forza elettromotrice del sensore è stata di -59,5 mTV/log C Cl -. Inoltre, ha mostrato una risposta di Nernst e una relazione lineare con l’intervallo di concentrazione degli ioni cloruro nel sudore umano. Inoltre, nessun altro ione o sostanza tipicamente presente nel sudore ha interferito con le misurazioni.

Infine, il team ha testato il sensore su un volontario che si è esercitato su una bicicletta statica per 30 minuti, misurando il tasso di sudorazione, i livelli di ioni cloruro nel sangue e l’osmolalità della saliva ogni cinque minuti per confrontarli con i dati precedentemente raccolti dal sensore. Il sensore indossabile proposto potrebbe misurare in modo affidabile la concentrazione di ioni cloruro nel sudore.

Il sensore può anche trasmettere dati in modalità wireless, rendendolo utile per il monitoraggio della salute in tempo reale. “ Poiché il cloruro è l’elettrolita più abbondante nel sudore umano, misurarne la concentrazione fornisce un eccellente indicatore dell’equilibrio elettrolitico del corpo e uno strumento utile per la diagnosi e la prevenzione del colpo di calore”, osserva il dott. Shitanda .

Questa ricerca dimostra quindi il potenziale dell’utilizzo di sensori ionici indossabili per il monitoraggio in tempo reale dei biomarcatori del sudore, facilitando lo sviluppo sanitario personalizzato e la gestione dell’allenamento degli atleti.

Informazioni sulla Tokyo University of Science
La Tokyo University of Science (TUS) è ​​un’università ben nota e rispettata e la più grande università di ricerca privata specializzata in scienze in Giappone, con quattro campus nel centro di Tokyo e nei suoi sobborghi e nell’Hokkaido. Fondata nel 1881, l’università ha continuamente contribuito allo sviluppo scientifico del Giappone inculcando l’amore per la scienza in ricercatori, tecnici ed educatori.

Con la missione di “Creare scienza e tecnologia per lo sviluppo armonioso della natura, degli esseri umani e della società”, TUS ha intrapreso un’ampia gamma di ricerche dalla scienza di base a quella applicata. TUS ha abbracciato un approccio multidisciplinare alla ricerca e intrapreso uno studio intensivo in alcuni dei campi più vitali di oggi. TUS è una meritocrazia in cui il meglio della scienza è riconosciuto e coltivato. È l’unica università privata in Giappone che ha prodotto un vincitore del premio Nobel e l’unica università privata in Asia a produrre vincitori del premio Nobel nel campo delle scienze naturali.

Informazioni sul Professore Associato Isao Shitanda dell’Università delle Scienze di Tokyo
Isao Shitanda si è laureato presso l’Università delle Scienze di Tokyo (TUS) nel 2001 e ha conseguito un dottorato di ricerca. presso l’Università di Tokyo in Giappone nel 2006. Dal 2012 è Professore Associato presso il Dipartimento di Chimica Pura e Applicata del TUS, dove dirige il laboratorio Itagaki/Shitanda. È specializzato in micro/nanosistemi elettrochimici, chimica fisica e analitica, chimica bio-correlata e chimica ambientale, tra gli altri campi. Ha pubblicato oltre 180 articoli e detiene sei brevetti.

Informazioni sui finanziamenti
Questo studio è stato parzialmente sostenuto dalla sovvenzione JST-ASTEP n. Borsa di studio scientifica per la promozione della ricerca del presidente.