Новости

Aug 31, 2023

Носимый электрохимический биосенсор для мониторинга метаболитов и питательных веществ

Nature Biomedical Engineering, том 6, страницы 1225–1235 (2022) Цитировать эту статью 74k Доступов 84 Цитирований 282 Подробности об альтернативных метриках Носимые неинвазивные биосенсоры для непрерывного мониторинга

Nature Biomedical Engineering, том 6, страницы 1225–1235 (2022 г.) Процитировать эту статью

74 тыс. доступов

84 цитаты

282 Альтметрика

Подробности о метриках

Носимые неинвазивные биосенсоры для непрерывного мониторинга метаболитов в поте могут обнаруживать несколько аналитов в достаточно высоких концентрациях, обычно во время энергичных физических упражнений, чтобы генерировать достаточное количество биожидкости. Здесь мы сообщаем о конструкции и характеристиках носимого электрохимического биосенсора для непрерывного анализа в поту во время физических упражнений и в состоянии покоя следовых уровней нескольких метаболитов и питательных веществ, включая все незаменимые аминокислоты и витамины. Биосенсор состоит из графеновых электродов, которые можно многократно регенерировать in situ, функционализированных метаболит-специфичными антителоподобными молекулярно-импринтированными полимерами и окислительно-восстановительными репортерными наночастицами, а также интегрированы с модулями для индукции пота на основе ионофореза, микрофлюидного отбора проб пота, обработки сигналов и калибровка и беспроводная связь. У добровольцев биосенсор позволял в режиме реального времени отслеживать поступление аминокислот и их уровень во время физических упражнений, а также оценивать риск развития метаболического синдрома (путем корреляции уровней аминокислот в сыворотке крови и поте). Мониторинг метаболитов для раннего выявления аномальных состояний здоровья может облегчить применение в точном питании.

Циркулирующие питательные вещества являются важными показателями общего состояния здоровья и функций организма1. Аминокислоты (АК), поступающие с пищей и синтезом кишечной микробиоты и находящиеся под влиянием личного образа жизни, являются важными биомаркерами ряда заболеваний (рис. 1а)2. Повышенное содержание аминокислот с разветвленной цепью (BCAA), включая лейцин (Leu), изолейцин (Ile) и валин (Val), связано с ожирением, резистентностью к инсулину и будущим риском развития сахарного диабета 2 типа (СД2), сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ). и рак поджелудочной железы3,4,5. Дефицит аминокислот (например, аргинина и цистеина) может ослабить иммунную систему за счет снижения активации иммунных клеток6. Триптофан (Trp), тирозин (Tyr) и фенилаланин (Phe) являются предшественниками нейромедиаторов серотонина и катехоламинов (дофамина, норадреналина и адреналина) соответственно и играют важную роль в функционировании сложных нервных систем и психическом здоровье7,8. Ряд метаболических показателей (включая лей, фен и витамин D) связан с тяжестью коронавирусной болезни 2019 года (COVID-19)9,10. Неравенства в отношении здоровья и питания также хорошо коррелируют с тревожными расовыми и этническими различиями, которые усугубляются уязвимостью и смертностью от COVID-1911. Более того, дисфункция органов и тканей, вызванная тяжелым острым респираторным синдромом коронавируса 2, может привести к увеличению заболеваемости кардиометаболическими заболеваниями12.

а. Циркулирующие питательные вещества, такие как аминокислоты, связаны с различными физиологическими и метаболическими состояниями. б. Схема носимого устройства NutriTrek, которое позволяет осуществлять мониторинг метаболизма посредством синергетического слияния LEG, RAR и искусственных антител. c,d, Схема (c) и сборка слоев (d) микрожидкостного пластыря NutriTrek для индукции потоотделения, отбора проб и биосенсорства. Т, температура. e, f, изображения гибкой сенсорной накладки (e) и носимой системы, взаимодействующей с кожей (f). Масштабные линейки: 5 мм (д) и 2 см (е). г, Блок-схема электронной системы «НутриТрек». Модули, обведенные красными черточками, включены в версию для умных часов. ЦП, центральный процессор; ПОТ – потенциометрия; In-Amp, инструментальный усилитель; MCU, микроконтроллер; TIA, трансимпедансный усилитель; ИП, ионофорез; CE, противоэлектрод; RE – электрод сравнения; МЫ, рабочий электрод. h. Специальное мобильное приложение для отслеживания метаболизма и питания в режиме реального времени. i, умные часы NutriTrek с одноразовым сенсорным пластырем и электрофоретическим дисплеем. Масштабные линейки: 1 см (вверху) и 5 ​​см (внизу).