Sensor mikrofluida yang dapat dipakai untuk mengukur konsentrasi laktat secara real time
Electronics

Sensor mikrofluida yang dapat dipakai untuk mengukur konsentrasi laktat secara real time


Penting untuk menggunakan bahan yang tidak menyebabkan iritasi dalam desain sensor yang dapat dikenakan yang digunakan untuk mengukur tingkat laktat selama berolahraga. Kredit: Universitas Sains Tokyo

Dengan kemajuan yang tampaknya tak terbendung di bidang miniaturisasi dan ilmu material, semua jenis perangkat elektronik telah muncul untuk membantu kita menjalani hidup yang lebih mudah dan lebih sehat. Sensor yang dapat dikenakan termasuk dalam kategori ini, dan mereka telah menerima banyak perhatian akhir-akhir ini sebagai alat yang berguna untuk memantau kesehatan seseorang secara real time. Banyak sensor semacam itu beroperasi dengan mengukur biomarker, yaitu indikator terukur yang mencerminkan kondisi kesehatan seseorang. Biomarker yang banyak digunakan adalah detak jantung dan suhu tubuh, yang dapat dipantau terus menerus dengan relatif mudah. Sebaliknya, biomarker kimiawi dalam cairan tubuh, seperti darah, air liur, dan keringat, lebih sulit diukur dengan sensor yang dapat dikenakan.

Misalnya, laktat, yang diproduksi selama pemecahan glukosa tanpa oksigen dalam jaringan, merupakan penanda penting yang ada dalam darah dan keringat yang mencerminkan intensitas latihan fisik yang dilakukan serta oksigenasi otot. Selama latihan, otot yang membutuhkan energi dapat dengan cepat kehabisan oksigen dan kembali ke jalur metabolisme berbeda yang menyediakan energi dengan “biaya” akumulasi laktat, yang menyebabkan rasa sakit dan kelelahan. Laktat kemudian dilepaskan ke aliran darah dan sebagian dikeluarkan melalui keringat. Artinya, sensor kimia yang dapat dikenakan dapat mengukur konsentrasi laktat dalam keringat untuk memberikan gambaran real-time tentang intensitas olahraga atau kondisi otot.

Meskipun sensor yang dapat dipakai pengukur laktat telah diusulkan, kebanyakan dari mereka terdiri dari bahan yang dapat menyebabkan iritasi pada kulit. Untuk mengatasi masalah ini, tim ilmuwan di Jepang baru-baru ini melakukan penelitian untuk memberikan kita sensor yang lebih nyaman dan praktis. Pekerjaan mereka, yang diterbitkan di Undang-Undang Electrochimica, dipimpin oleh Associate Professor Isao Shitanda, Mr. Masaya Mitsumoto, dan Dr. Noya Loew dari Departemen Kimia Murni dan Terapan di Universitas Sains Tokyo, Jepang.

Tim pertama-tama fokus pada mekanisme penginderaan yang akan mereka gunakan di sensor. Kebanyakan biosensor laktat dibuat dengan melumpuhkan oksidase laktat (enzim) dan mediator yang sesuai pada elektroda. Reaksi kimia yang melibatkan oksidase laktat, mediator, dan laktat bebas menghasilkan arus terukur antara elektroda — arus yang secara kasar sebanding dengan konsentrasi laktat.

Aspek rumit di sini adalah cara melumpuhkan enzim dan mediator pada elektroda. Untuk melakukan ini, para ilmuwan menggunakan metode yang disebut “polimerisasi cangkok yang diinduksi berkas elektron”, di mana molekul fungsional diikat ke bahan berbasis karbon yang dapat mengikat secara spontan ke enzim. Para peneliti kemudian mengubah bahan tersebut menjadi tinta cair yang dapat digunakan untuk mencetak elektroda. Bagian terakhir ini ternyata menjadi aspek penting untuk komersialisasi sensor di masa mendatang, seperti yang dijelaskan Dr. Shitanda, “Pembuatan sensor kami kompatibel dengan sablon, metode yang sangat baik untuk membuat elektroda yang ringan dan fleksibel yang dapat ditingkatkan skalanya. untuk produksi massal. “

Dengan mekanisme penginderaan yang lengkap, tim kemudian merancang sistem yang sesuai untuk mengumpulkan keringat dan mengirimkannya ke sensor. Mereka mencapai ini dengan sistem pengumpulan keringat mikrofluida yang terbuat dari polydimethylsiloxane (PDMS); itu terdiri dari beberapa saluran masuk kecil, saluran keluar, dan ruang untuk sensor di antaranya. “Kami memutuskan untuk menggunakan PDMS karena bahannya yang lembut dan tidak menimbulkan iritasi cocok untuk sistem pengumpulan keringat mikrofluida kami, yang akan bersentuhan langsung dengan kulit,” komentar Bapak Mitsumoto.

Batas deteksi sensor dan rentang operasinya untuk konsentrasi laktat dipastikan sesuai untuk menyelidiki “ambang batas laktat” —titik di mana metabolisme aerobik (dengan oksigen) berubah menjadi metabolisme anaerobik (tanpa oksigen) selama latihan. Pemantauan real-time dari fenomena tubuh ini penting untuk beberapa aplikasi, seperti yang dikatakan Dr. Loew, “Memantau ambang laktat akan membantu mengoptimalkan pelatihan atlet dan rutinitas olahraga pasien rehabilitasi dan orang tua, serta mengontrol pengerahan tenaga pekerja berkinerja tinggi seperti petugas pemadam kebakaran. “

Tim sudah menguji implementasi sensor ini dalam skenario praktis. Jika beruntung, kemajuan yang dibuat dalam studi ini akan membantu mengembangkan bidang sensor kimia yang dapat dikenakan, membantu kami melacak proses tubuh dengan lebih baik dan menjaga kesehatan yang lebih baik.


Patch kulit baru membawa kita lebih dekat ke monitor kesehatan all-in-one yang dapat dipakai


Informasi lebih lanjut:
Isao Shitanda dkk, Sistem pemantauan laktat keringat berkelanjutan dengan biosensor karbon-laktat oksidase MgO-templated yang dicetak layar dan pengumpul keringat mikrofluida, Undang-Undang Electrochimica (2020). DOI: 10.1016 / j.electacta.2020.137620

Disediakan oleh Tokyo University of Science

Kutipan: Sensor mikrofluida yang dapat dikenakan untuk mengukur konsentrasi laktat secara real time (2021, 17 Februari) diambil pada 17 Februari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-02-wearable-microfluidic-sensor-lactate-real.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel Hongkong