Les capteurs de fitness de nouvelle génération pourraient donner un aperçu plus approfondi de la santé humaine grâce à des tests non invasifs des fluides corporels. Un patch extensible développé à KAUST pourrait aider cette approche en facilitant l'analyse de la sueur pour les biomarqueurs critiques.

La transpiration humaine contient des traces de molécules organiques qui peuvent servir d'indicateurs de santé mesurables :fluctuations de la glycémie, par exemple, peut indiquer des problèmes de glycémie, tandis que des niveaux élevés d'acide lactique pourraient signaler des carences en oxygène. Pour détecter ces molécules, les chercheurs développent des prototypes flexibles qui reposent sur la peau et dirigent la transpiration vers des électrodes spéciales revêtues d'enzymes. La nature spécifique de la liaison enzyme-substrat permet à ces capteurs de détecter électriquement de très faibles concentrations de composés cibles.

Un obstacle avec les biocapteurs enzymatiques, cependant, est leur durée de vie relativement courte. "Même si la peau humaine est assez douce, il peut décoller la couche enzymatique directement du biocapteur, " dit Yongjiu Lei, un doctorat étudiant à KAUST.

Lei et ses collègues du groupe de Husam Alshareef ont maintenant développé un système portable qui peut gérer les rigueurs du contact avec la peau et offrir une meilleure détection des biomarqueurs. Leur appareil fonctionne sur un mince, céramique plate connue sous le nom de MXene qui ressemble au graphène mais contient un mélange d'atomes de carbone et de titane. La conductivité métallique et la faible toxicité de ce matériau 2D en font une plateforme idéale pour les capteurs enzymatiques, selon des études récentes.

L'équipe a attaché de minuscules nanoparticules de colorant aux flocons de MXene pour augmenter sa sensibilité au peroxyde d'hydrogène, le principal sous-produit des réactions catalysées par des enzymes dans la sueur. Puis, ils ont encapsulé les flocons dans des fibres de nanotubes de carbone mécaniquement résistantes et ont transféré le composite sur une membrane conçue pour faire passer la sueur sans accumulation. Un revêtement final d'enzymes glucose ou lactose-oxydase complétait l'assemblage des électrodes.

Les nouvelles électrodes pourraient être échangées à plusieurs reprises dans ou hors d'un patch en polymère extensible qui à la fois absorbe la sueur et transmet les signaux mesurés de peroxyde d'hydrogène à une source externe, comme un smartphone. Lorsque l'équipe a placé le biocapteur dans un bracelet porté par des bénévoles à bicyclette stationnaire, ils ont vu les concentrations de lactose dans la sueur augmenter et diminuer en corrélation avec l'intensité de l'entraînement. Les changements dans les niveaux de glucose pourraient également être suivis aussi précisément dans la sueur que dans le sang.

"Nous travaillons avec KAUST et des collaborateurs internationaux sous l'égide de la Sensors Initiative pour intégrer de minuscules générateurs électriques dans le patch, " dit Alshareef, qui a mené le projet. "Cela permettra au patch de créer sa propre puissance pour une surveillance de la santé personnalisée."