Người ta rất mong đợi rằng kết quả của nghiên cứu này sẽ được triển khai trong tương lai như các thiết bị đeo được có thể được sử dụng để đào tạo vận động viên và lính cứu hỏa làm việc trong các công việc liên quan đến công việc mạnh mẽ, phục hồi chức năng nhằm mục đích tái hòa nhập bệnh tật hoặc chấn thương

Bối cảnh nghiên cứu

Trong các bài tập nhẹ nhàng như chạy bộ, pyruvate được tạo ra trong quá trình glycolysis tế bào chất (tiêu thụ glucose để tạo ra năng lượng) xâm nhập vào ty thể, trong đó năng lượng được tạo ra với tốc độ tương đối chậm trong khi tiêu thụ oxy thông qua chu kỳ axit citric và hệ thống vận chuyển điện tử Mặt khác, trong cường độ tập thể dục cao, chẳng hạn như trong 400 mét, cần phải sản xuất năng lượng, vì cần phải tạo ra năng lượng một cách nhanh chóng, chủ yếu thông qua quá trình glycolysis tốc độ cao (tập thể dục đồng bộ) Được biết, pyruvate được sản xuất trong quá trình glycolysis được chuyển đổi thành axit lactic dưới bài tập kỵ khí, dẫn đến một lượng lớn axit lactic được sản xuất và nồng độ axit lactic trong máu tăng Do đó, với mục đích quản lý đào tạo cho vận động viên, máu được thu thập trước và sau khi tập thể dục để đo nồng độ axit lactic và ngưỡng axit lactic (ngưỡng nhiệm vụ anoxic), là ranh giới giữa tập thể dục nhịp điệu và tập thể dục kỵ khí, được sử dụng để thiết kế các chương trình đào tạo hiệu quả Ngoài ra, mối tương quan giữa nồng độ axit lactic trong máu và nồng độ axit lactic trong mồ hôi đã được biết đến gần đây, và một số nhóm cũng đã báo cáo các phép đo nồng độ axit lactic không xâm lấn sử dụng mồ hôi Nhiều thiết bị trong số này được thiết kế để đo điện hóa nồng độ axit lactic trong mồ hôi bằng cách sử dụng các điện cực enzyme được cố định với axit lactic oxyase trên các điện cực carbon như ống nano carbon Tuy nhiên, các điện cực được đặt để áp dụng trực tiếp cho da và có nhu cầu về các thiết bị nhỏ, nhẹ, ít gây khó chịu cho da ngay cả khi bị mòn trong một thời gian dài, thu thập mồ hôi hiệu quả trong khu vực đo và không can thiệp vào chuyển động

109902_110098Bull Chem Soc Jpn2020, 93, 32-36) Với ý tưởng rằng việc áp dụng một kỹ thuật tương tự vào axit lactic oxyase sẽ dẫn đến sự phát triển của các thiết bị đeo để theo dõi nồng độ axit lactic trong mồ hôi, chúng tôi sàng lọc tập trung vào khả năng phân tán cao của MGOC và GMGOC trong dung môi được chế tạo bởi các điện cực được thiết kế và các vi khuẩn được thiết kế bằng axit lactic Polydimethylsiloxane tương thích sinh học cao (PDMS) và đánh giá chúng bằng các phép đo điện hóa

Chi tiết kết quả nghiên cứu

Trong nghiên cứu này, các điện cực với lactate oxyase bất động trên mỗi MGOC được in trên màn hình và GMGOC đã được điều chế (trước đây được cố định bằng sự hấp phụ vật lý, sau đó là phản ứng hóa học) Kết quả là, dòng phản ứng giảm khoảng 30% do sự giải phóng dần dần của enzyme, trong khi đó biểu hiện phản ứng dòng gần như không đổi và được phát hiện có độ ổn định cao như một điện cực enzyme, cho thấy tính hữu dụng cao của GMGOC trong trường hợp axit lactic oxyase Tiếp theo, bằng cách vẽ hiện tại nồng độ axit lactic và dòng đáp ứng trong hệ thống phản ứng loại lô bằng điện cực enzyme dựa trên GMGOC, chúng tôi đã nghiên cứu phạm vi nồng độ axit lactic có thể phát hiện được Chúng tôi thấy rằng khi nồng độ axit lactic thấp, dòng đáp ứng tăng tỷ lệ thuận với nồng độ và tốc độ tăng giảm dần khi nồng độ axit lactic tăng, trong khi dòng phản ứng hội tụ đến giá trị tối đa và dòng phản ứng hội tụ đến giá trị tối đa, với độ tái tạo cao lên tới phạm vi nồng độ 100 mm

Tiếp theo, một thiết bị kết hợp cảm biến ba điện cực (cả ba điện cực được làm bằng cách in màn hình) với điện cực enzyme dựa trên GMGOC với điện cực bộ đếm và điện cực được đưa ra bằng điện cực Tốc độ dòng chảy 80 μl/phút hoặc 20 μl/phút Hành vi phản ứng đã được quan sát trong một khoảng thời gian tương đối ngắn, từ việc chuyển đổi nồng độ axit lactic đến ổn định dòng đáp ứng trong 2 phút (ở mức 80 μL/phút) và 6 phút (ở mức 20 μl/phút) Hơn nữa, nồng độ axit lactic lên tới 10 mM, cho thấy sự gia tăng dòng đáp ứng gần như tỷ lệ thuận với nồng độ axit lactic, với nồng độ có thể phát hiện tối đa là 50 mM Nói chung, nồng độ axit lactic trong mồ hôi trong quá trình tập thể dục nhịp điệu được báo cáo là 4-25 mM và 50-100 mM trong quá trình tập thể dục nhịp điệu, do đó, bộ cảm biến sinh học được phát triển trong nghiên cứu này có khả năng thực hiện hoàn toàn Không đổi ở mức tối đa) Hơn nữa, vì tất cả các vật liệu điện cực được sản xuất trong nghiên cứu này bằng cách in màn hình, nên nó cũng có lợi thế là nó có thể được sử dụng để sản xuất hàng loạt trong công nghiệp hóa

Phó giáo sư Shitanda nói về sự phát triển trong tương lai của nghiên cứu này ", chúng tôi hiện đang tiến hành thử nghiệm lắp đặt cảm biến này Cảm biến này có thể được sử dụng cho thể thao, để quản lý sức khỏe cho người khỏe mạnh và phát hiện đột quỵ, vv

*Nghiên cứu này được thực hiện với các khoản tài trợ từ Viện tỷ lệ bóng đá hôm nay kèo nhà cái học và Công nghệ Quốc gia "Chương trình hỗ trợ phát triển kết quả nghiên cứu tối ưu (A-bước)" (JPMJTS1513) của tỷ lệ bóng đá hôm nay kèo nhà cái học "Quỹ xúc tiến nghiên cứu chủ tịch (Khung hợp tác và liên ngành)"