یک سنسور پوشیدنی برای نظارت بر متابولیتهای موجود در عرق، روی یک پلیمر طبیعی چاپ شد

17 اوت 2020 - محققان برزیلی یک سنسور پوشیدنی را بر روی نانو سلولز میکروبی( یک پلیمر طبیعی)، چاپ کردند. این سنسور که قابلیت چسبیدن به پوست را دارد، جایگزین بهبود یافته ای برای سنسورهای معمولی است که بر سطوح پلاستیکی چاپ می شوند. این نوع از سنسورها می توانند برای تشخیص غیر تهاجمی و نظارت بر مایعات بدن- موجود در عرق- استفاده شوند.

طراحی و ساخت بیوسنسورهای زیستی انعطاف پذیر چاپی و قابل کاشت با ساختار نانو برای تشخیص نشانگرهای زیستی و توسعه ی ابزارهای تحلیلی الکترونیکی برای شناسایی همزمان تهدیدات باکتریایی و همچنین نظارت بر بدن از اهداف این پروژه بود.

این مقاله با عنوان " حسگرهای الکتروشیمیایی چاپ شده بر نانو سلولز میکروبی چسبنده به پوست انسان برای تشخیص یون های فلزی و نشانگرهای زیستی در عرق " در ژورنال Talanta منتشر شد.

نانوسلولز میکروبی یک پلیمر 100٪ طبیعی است. این ماده توسط باکتری ها از قند تولید می شود. مزیت اصلی آن نسبت به پلاستیک سطح تماس به مراتب بهتر آن با پوست انسان است. این ماده برای چندین سال برای پانسمان زخم و کاربردهای دیگر بصورت تجاری در دسترس بوده است، اما قبلاً هرگز به عنوان بستر سنسور الکتروشیمیایی مورد مطالعه قرار نگرفته بود.

یكی از مشكلات سنسورهای پوشیدنی که بر روی بسترهای پلاستیكی چاپ می شوند، این است كه عرق سدی بین پوست و سنسور ایجاد می كند که مانع تشخیص متابولیت ها شده و حتی سبب بروز آلرژی می شود. محققان گفتند: این نانوسلولز قابلیت تنفس دارد و همین ویژگی سبب می شود عرق به لایه ی فعال الکترود برسد.

این سنسور یک چسب کوچک مستطیلی به طول 1.5 در 0.5 سانتی متر است و به اندازه یک دستمال کاغذی نازک می باشد. این ماده می تواند طیف وسیعی از نشانگرهای زیستی مانند سدیم، پتاسیم، اسید اوریک، اسید لاکتیک و گلوکز و ... را تشخیص دهد. این عناصر یا مواد در جریان خون گردش می کنند و در عرق نیز قابل تشخیص هستند. بنابراین، نظارت بر دیابت یکی از کاربردهای احتمالی سنسور نانو سلولز است. یکی دیگر از کاربردهای آن، کنترل هورمون در زنان از طریق تشخیص هورمون استرادیول است.

همچنین می توان از این وسیله برای تشخیص وجود آلاینده های جوی در بدن موجودات استفاده کرد. به عنوان اثبات این مفهوم، محققان این سنسور را در معرض غلظت پایینی از فلزات سمی مانند سرب و کادمیوم قرار دادند، و این سنسور قابلیت سنجش صحیح این مواد در غلظتهای بسیار پایین را نشان داد.

واحدهای بیوسنسور با استفاده از یک چاپگر نیمه اتوماتیک و یک خمیر با غلظت بالایی از ذرات کربن روی بستر نانو سلولز میکروبی چاپ می شوند. کربن به دلیل هدایت الکتریکی قابل توجه اش ترجیح داده می شود. واکنشهای اکسیداسیون احیأی شیمیایی یک سیگنال الکتریکی تولید می کند که اندازه گیری غلظت متابولیت مورد نظر را امکان پذیر می کند.

این سنسور به یک پتانسیوستات(potentiostat) متصل شده است که با استفاده از تغییرات در جریان الکتریکی، اندازه گیری های الکتروشیمیایی را انجام می دهد. داده های بدست آمده به رایانه منتقل می شوند و به منحنی های استاندارد تبدیل می گردند. به گفته ی محققان، ارتباط بی سیم بین سنسور و دستگاه اندازه گیری و خواندن داده به راحتی قابل مهندسی است. محققان اکنون مشغول استفاده از این سنسور برای استفاده از داروها هستند و بر روی روشهای تهیه ی تجاری آن کار می کنند.

منبع:

R. Silva, R., et al. (2020) Microbial nanocellulose adherent to human skin used in electrochemical sensors to detect metal ions and biomarkers in sweat. Talanta. doi.org/10.1016/j.talanta.2020.121153.

https://www.news-medical.net/news/20200817/A-wearable-sensor-printed-on-natural-polymer-for-monitoring-body-fluids-present-in-sweat.aspx