Sport pod lepszą kontrolą

fot. pixabay

Ultracienkie nanomateriały znane jako MXeny mogą ułatwić monitorowanie samopoczucia poprzez analizę potu.

Chociaż podobnie jak grafen są one materiałami dwuwymiarowymi, składają się z nietoksycznych metali, takich jak tytan w połączeniu z atomami węgla lub azotu. Dzięki naturalnie wysokiej przewodności i silnym ładunkom powierzchniowym są atrakcyjnymi kandydatami na budowę bioczujników, które mogą wykrywać niewielkie zmiany stężeń substancji chemicznych.

W 2019 roku grupa Husama Alshareefa opracowała tego typu elektrodę kompozytową, która została umieszczona w czujniku do noszenia na ramieniu. Urządzenie, które posiadało modułową konstrukcję i wykorzystywało wkładki MXenowe zostało wypełnione odpowiednimi enzymami, aby mogło pochłaniać pot i wykrywać w ludzkim pocie kilka analitów, w tym glukozę oraz kwas mlekowy.

Alshareef i jego współpracownicy wspólnie z zespołem badawczym Sahika Inal postanowili niedawno połączyć arkusze MXenowe z hydrożelami, które wypełniono wodą i biokompatybilnymi polimerami zdolnymi do rozciągania. Zespół odkrył podczas badań, że wysoki poziom ruchomych jonów w hydrożelu powoduje zwiększoną wrażliwość na obciążenia mechaniczne występujące podczas ćwiczeń.

- Początkowo arkusze pozostają zorientowane w hydrożelu w sposób losowy, jednak po przyłożeniu do nich nacisku stają się w większym stopniu zorientowane poziomo - wyjaśnił Alshareef - Ponieważ MXeny wykazują wysokie stężenie ładunków ujemnych na swoich powierzchniach, układy poziome silnie wpływają na ruchy jonów w hydrożelu, dzięki czemu możemy mierzyć różne zakresy zmian ciśnienia.

Prototypowy czujnik do noszenia opracowany z użyciem nowego hydrożelowego MXenu był w stanie śledzić ruchy mięśni, generując różne wzorce oporu elektrycznego w miarę wzrostu naprężeń mechanicznych. Zmieniały się one natychmiast, gdy czujnik był wystawiany na działanie dodatkowych jonów w postaci kwaśnych lub zasadowych roztworów. Sprawiło to, że zespół naukowców zdał sobie sprawę z tego, że ich urządzenie można wykorzystać do korelacji zmian pH w pocie z nagromadzeniem kwasu wywołującego zmęczenie w komórkach mięśniowych.

- Kiedy ćwiczymy, a nasze mięśnie się męczą, czujnik rozpoznaje nowe środowisko chemiczne i wytwarza różne krzywe oporu elektrycznego w porównaniu z krzywymi naprężeń - powiedział Kang Lee, jeden z głównych autorów badania - Porównując je dodatkowo z charakterystkami odniesienia danego czujnika, możemy określić pH potu i stopień zmęczenia monitorowanego mięśnia.

Dzięki łączności Bluetooth z pobliskimi urządzeniami cyfrowymi po zoptymalizowaniu technologii czujnik może okazać się cenny dla sportowców poszukujących możliwości pomiarów wydajności w czasie rzeczywistym. Największym wyzwaniem pozostaje jednak, póki co długoterminowa stabilność sensora, dlatego w przyszłych eksperymentach badacze przyjrzą się bliżej właśnie temu zagadnieniu.

(rr)