Il sensore di fitness ti avverte quando sei al limite

I nanomateriali ultrasottili, noti come MXenes, sono destinati a semplificare il monitoraggio del benessere di una persona analizzando la sua traspirazione.

Sebbene condividano una natura bidimensionale simile al grafene, gli MXeni sono composti da metalli non tossici, come il titanio, in combinazione con atomi di carbonio o azoto. Con un’elevata conduttività naturale e forti cariche superficiali, gli MXene sono candidati interessanti per i biosensori in grado di rilevare piccoli cambiamenti nelle concentrazioni chimiche.

Nel 2019, il gruppo di Husam Alshareef ha sviluppato un elettrodo composito MXene, che hanno racchiuso in un sensore da braccio indossabile. Il dispositivo, che aveva un design modulare che utilizzava inserti MXene caricati con enzimi appropriati, poteva assorbire il sudore e rilevare diversi analiti nel sudore umano, inclusi glucosio e acido lattico.

Alshareef e i suoi colleghi, in collaborazione con il team di ricerca di Sahika Inal, hanno recentemente provato a combinare fogli di MXene con idrogel, polimeri riempiti d’acqua che sono compatibili con il tessuto umano perché sono in grado di allungarsi. Curiosamente, il team ha scoperto che alti livelli di ioni mobili nell’idrogel producevano una forte sensibilità allo sforzo meccanico che si verifica durante l’esercizio.

Un team di ricercatori KAUST ha sviluppato un prototipo di sensore indossabile, sviluppato con un nuovo composto MXene-idrogel, che potrebbe rivelarsi prezioso per gli atleti che cercano misurazioni delle prestazioni in tempo reale.
CREDITO
© 2021 KAUST; Olga Kasimova

“Inizialmente i fogli MXene sono orientati in modo casuale all’interno dell’idrogel, ma una volta applicata la pressione, i fogli diventano più orientati orizzontalmente”, spiega Alshareef. “Poiché gli MXenes hanno un’alta concentrazione di cariche negative sulle loro superfici, le disposizioni orizzontali influenzano fortemente i movimenti degli ioni all’interno dell’idrogel e quindi possiamo misurare diversi livelli di variazione di pressione”.

Un prototipo di sensore indossabile, sviluppato con il nuovo composto MXene-idrogel, è stato in grado di tracciare il movimento muscolare producendo modelli di resistenza elettrica distinti all’aumentare dello stress meccanico. Questi schemi a loro volta cambiavano istantaneamente quando il sensore veniva esposto a ioni aggiuntivi sotto forma di soluzioni acide o basiche.

Ciò ha portato il team KAUST a realizzare che il loro dispositivo potrebbe essere utilizzato per correlare i cambiamenti di pH nel sudore agli accumuli di acido che inducono fatica nelle cellule muscolari.

“Mentre ci alleniamo e i nostri muscoli si stancano, il sensore vede il nuovo ambiente chimico e produce una resistenza elettrica diversa rispetto alle curve di stress”, afferma Kang Lee, ex postdoc KAUST e autore principale dello studio. “Confrontando queste curve con le curve di riferimento per un dato sensore, possiamo determinare il pH del sudore e quanto è affaticato il muscolo”.

Con la connettività Bluetooth ai dispositivi digitali nelle vicinanze, il sensore basato su MXene può rivelarsi prezioso per gli atleti che cercano misurazioni delle prestazioni in tempo reale una volta che la tecnologia è ottimizzata. “La sfida più seria è la stabilità a lungo termine del sensore, quindi stiamo cercando di alterare composizioni e progetti in esperimenti futuri”, afferma Alshareef.