Phó giáo sư Shitanda Isao của tỷ lệ kèo góc nhà cái Hóa học tiên tiến, tỷ lệ kèo góc nhà cái tỷ lệ kèo góc nhà cái học và Kỹ thuật, Đại học tỷ lệ kèo góc nhà cái học Tokyo, cựu giáo sư Yumasa Hiroshi tỷ lệ kèo góc nhà cái học, Giáo sư Yanagida Nobuya thuộc tỷ lệ kèo góc nhà cái Nghệ thuật và Giáo dục Tự do, Đại học tỷ lệ kèo góc nhà cái học, và Phó Giáo sư Mukaimoto Keihiro, đã phát triển thành công một cảm biến ion nhỏ có thể đo nồng độ ion trong mồ hôi trong thời gian thực Chúng tôi cũng đã chứng minh rằng cảm biến ion bịa đặt có thể được sử dụng như một thiết bị đeo không xâm lấn bằng cách gắn nó vào quần áo bằng cách in truyền nhiệt

Trong những năm gần đây, các thiết bị đeo được khác nhau đã được phát triển để theo dõi mức độ sức khỏe và tập thể dục Cụ thể, mồ hôi của con người chứa một loạt các thành phần và bằng cách đo lường định lượng chúng, bạn có thể hiểu thông tin sinh học ở một mức độ nào đó Do đó, các thiết bị có thể đeo đã được tìm kiếm bởi vì chúng nhẹ, thoải mái và ít căng hơn trên cơ thể con người Do đó, nhóm nghiên cứu này đã tiến hành nghiên cứu với mục đích tạo ra một thiết bị đeo được không xâm lấn, ổn định và có khả năng theo dõi nồng độ ion trong mồ hôi liên tục

Lần này, nhóm nghiên cứu này được chứa trong mồ hôi của con người^-, NA^{& Plus;}, K^{& Plus;}, NH₄^{& Plus;}Các cảm biến ion này cho phép bạn đo chính xác từng nồng độ ion mà không bị ảnh hưởng bởi các thành phần khác Cảm biến ion phát triển là nhỏ và có thể được chuyển nhiệt vào quần áo, do đó nó không tiếp xúc trực tiếp với da khi sử dụng Do đó, không có cảm giác áp lực hoặc phát ban da khi mặc, cho phép bạn sử dụng nó một cách thoải mái trong một thời gian dài Bằng cách phát triển thêm kết quả nghiên cứu này, nếu nó có thể được kết hợp vào áo phông, dây đeo cổ tay, đế, vv, người ta hy vọng rằng một loạt các sản phẩm có thể được theo dõi trong thời gian thực

Kết quả của nghiên cứu này đã được đăng vào ngày 15 tháng 6 năm 2023Được xuất bản trực tuyến trên tạp chí học thuật quốc tế "Cảm biến ACS"đã được thực hiện

Bối cảnh nghiên cứu

Một thiết bị đeo được là một thiết bị được đeo trên cơ thể để đo nhịp tim, nhịp hô hấp, nhiệt độ cơ thể, huyết áp, đường huyết, vv Những thiết bị này ít căng thẳng hơn trên cơ thể so với xét nghiệm máu và cho phép dễ dàng theo dõi từng thông số trong suốt cuộc sống và tập thể dục hàng ngày Cụ thể, chất lỏng cơ thể người, như mồ hôi, nước bọt và nước mắt, chứa nhiều thông số liên quan đến sức khỏe và tình trạng thể chất, và bằng cách theo dõi những điều này, có thể nắm bắt những thay đổi về sức khỏe và tình trạng trong thời gian thực mà không gây căng thẳng về thể chất lên chúng

ion clorua (CL^-) là chất điện phân phong phú nhất trong mồ hôi của con người và bằng cách đo nồng độ của nó, có thể hiểu được sự cân bằng của chất điện phân trong cơ thể, đồng thời chẩn đoán và ngăn ngừa hạ natri máu và đột quỵ nhiệt Để đạt được điều này, chúng ta phải sử dụng CL trong mồ hôi^-cần được định lượng ổn định và liên tục Do đó, các thiết bị ít gây khó chịu cho da, đang nhẹ và có thể được đeo trên cơ thể, và các loại thiết bị đeo được khác nhau đã được phát triển cho đến nay

Một trong số đó là một cảm biến có thể đeo dựa trên nhãn dán hình xăm Tuy nhiên, phương pháp này gây ra sự khó chịu do mồ hôi Mặt khác, có một phương pháp đúc trực tiếp cảm biến vào chất nền sợi, nhưng có các bề mặt không đều nhau trên các sợi, do đó in trực tiếp trên các điện cực không hấp thụ đủ mực và điện trở cao, dẫn đến độ chính xác của thiết bị thấp Do đó, lần này, nhóm nghiên cứu này đã sử dụng một phương pháp gọi là in truyền nhiệt In truyền nhiệt là một phương pháp trong đó một cảm biến được chế tạo đầu tiên trên chất nền nhẵn, được đặt trên các sợi, sau đó được chuyển bằng cách áp dụng nhiệt và áp suất Điều này cho phép các cảm biến chính xác cao được đúc trên các loại vải thô và giấy

Nhóm nghiên cứu này trước đây đã phát triển các tế bào nhiên liệu sinh học (*1) và biosensors (*2) phát hiện axit lactic trong mồ hôi và tạo ra điện Lần này, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu với mục đích phát triển các thiết bị đeo được có thể liên tục định lượng các ion có trong mồ hôi Nghiên cứu này chủ yếu liên quan đến CL^-, nhưng NA^{& Plus;}, K^{& Plus;}, NH₄^{& Plus;}

(1): Thông cáo báo chí của Đại học tỷ lệ kèo góc nhà cái học Tokyo
113359_113455

(＊ 2): Thông cáo báo chí của Đại học tỷ lệ kèo góc nhà cái học Tokyo
"Phát triển cảm biến sinh học để đo liên tục axit lactic trong mồ hôi bằng cách sử dụng các điện cực enzyme mesopious và các thiết bị vi lỏng - dự kiến ​​sẽ được phát triển như một thiết bị có thể đeo để quản lý và đào tạo sức khỏe"

Chi tiết kết quả nghiên cứu

Trong nghiên cứu này, mỗi ion (CL^-, NA^{& Plus;}, K^{& Plus;}, NH₄^{& Plus;}) Cảm biến được chế tạo Sau khi hình thành màng trao đổi ion trên điện cực carbon và màng điện cực tham chiếu trên điện cực AG/AGCL, mỗi thành viên được nhiều lớp để tạo cảm biến ion mong muốn Công nghệ in truyền nhiệt được sử dụng để gắn từng cảm biến ion được chế tạo trên vải

Tiếp theo, mồ hôi nhân tạo được sử dụng để đánh giá khả năng đáp ứng của cảm biến ion với từng nồng độ ion Vẽ đồ thị lực điện động chống lại logarit của nồng độ ion cho thấy Cl^{-& Plus;}, K^{& Plus;}, NH₄^{& Plus;}hình thành một dòng với độ dốc tích cực, cho thấy một phản ứng thỏa mãn phương trình của Nernst Độ dốc của đường là cl^-tại -59,5 mV/log C_CL^-, NA^{& Plus;}& Plus; 56 mV/log C_{NA^{​​& Plus;}}, K^{& Plus;}& Plus; 53,1 mV/log C_{K^{& Plus;}}, NH₄^{& Plus;}& Plus; 561 mV/log C_{NH4^{& Plus;}}Có ý kiến ​​cho rằng nó cũng có thể được sử dụng cho mồ hôi của người thật Nó cũng đã được tiết lộ rằng trong bất kỳ cảm biến ion nào, có thể phát hiện những thay đổi tiềm năng để đáp ứng với từng nồng độ ion mà không bị ảnh hưởng bởi các thành phần khác hoặc pH

Ngoài ra, CL được sản xuất^-Cảm biến ion được gắn vào cơ thể con người để kiểm tra hành vi thực tế Lượng mồ hôi, nồng độ ion trong máu và áp lực thẩm thấu nước bọt (chỉ số mất nước) được thực hiện bởi một người đàn ông khỏe mạnh tập thể dục trong 30 phút trên một chiếc xe đạp tập thể dục được đo trong khoảng thời gian 5 phút bằng cách sử dụng cảm biến có sẵn trên thị trường và cảm biến phát triển lần này Phần phát hiện của cảm biến ion được trang bị sợi có độ hấp thụ cao và cơ chế có thể liên tục loại bỏ mồ hôi cũ đã tuân thủ nó Thử nghiệm cho thấy sau khi tập thể dục bắt đầu, CL^-Người ta thấy rằng tiềm năng của cảm biến ion giảm dần và tiềm năng tăng lên sau khi kết thúc bài tập Đây là lý do tại sao CL đổ mồ hôi^-Nồng độ ion tăng khi tăng thời gian tập thể dục và tải, và được đề xuất giảm sau khi tập thể dục Ngoài ra, tất cả các tham số đo được là cl^-Nó đã được tiết lộ rằng nó tương quan với nồng độ, và đặc biệt, nó có mối tương quan cao với áp suất thẩm thấu nước bọt, là một chỉ số mất nước Do đó, CL^-Chúng tôi thấy rằng phản ứng của cảm biến ion có thể được sử dụng tốt như một chỉ số mất nước

Đối với kết quả của nghiên cứu này, Phó Giáo sư Shitanda, người đã dẫn đầu nghiên cứu nhận xét, "theo dõi nồng độ của từng ion có trong mồ hôi của con người có thể được áp dụng để quản lý và ghi lại cho việc phát hiện sớm

*Nghiên cứu này được thực hiện với các khoản tài trợ từ chương trình của Cơ quan tỷ lệ kèo góc nhà cái học và Công nghệ Nhật Bản (JST) để tối ưu hóa phát triển kết quả nghiên cứu (A-Step, JPMJTS1513) Quỹ khuyến khích nhà nghiên cứu xuất sắc của Đại học tỷ lệ kèo góc nhà cái học Tokyo

Thông tin bài viết

Tên tạp chí

Cảm biến ACS

Tiêu đề giấy

Cảm biến ion có thể đeo để phát hiện các ion mồ hôi được chế tạo bằng cách in truyền nhiệt

tác giả

Isao Shitanda, Naoki Muramatsu, Rio Kimura, Nanami Takahashi, Kazuki Watanabe, Hiroyuki Matsui, Noya Loew Sugita, Kensuke Matsuo, Shinya Yanagita, Tatsunori Suzuki, Hikari Watanabe và Masayuki Itagaki

doi

101021/acssensors3c01027