Wetenschappers ontwikkelen nieuwe batterijloze melkzuursensor

Wetenschappers van Bath hebben een baanbrekende, op koolstof gebaseerde sensor geïntroduceerd voor het detecteren van melkzuurniveaus in speeksel, waardoor de noodzaak van een elektrische stroombron wordt vermeden.

De onderzoekers hebben, in samenwerking met industriële partner Integrated Graphene, een nieuw type chemosensor gecreëerd (gedemonstreerd voor melkzuurdetectie) dat functioneert met elektriciteit, maar zonder de noodzaak van referentie-elektroden of batterijvermogen. Het nieuwe ontwerp biedt mogelijk lagere kosten, een betere houdbaarheid en gemak van miniaturisatie in vergelijking met op enzymen gebaseerde sensoren.

Het is bewezen dat de sensor melkzuur detecteert, een bijproduct dat door het lichaam wordt gegenereerd wanneer het koolhydraten of glucose metaboliseert als brandstof, bijvoorbeeld tijdens inspanning. Een hoog melkzuurgehalte houdt verband met een hoger risico op bewusteloosheid of coma en ernstig orgaanfalen.

Dit opent de mogelijkheid om een ​​eenvoudig te gebruiken sensor te gebruiken op afgelegen locaties, zoals een atletiekbaan, zonder dat er op elektriciteit werkende detectieapparatuur nodig is.

Momenteel wordt melkzuur vaak gemeten met een enzymtest, die een beperkte houdbaarheid heeft en sensorapparatuur op batterijen vereist. Het nieuwe type chemosensor, beschreven in een artikel gepubliceerd in ACS-sensorenmeet in plaats daarvan melkzuur met een chemische methode met behulp van een elektrode-oppervlak van grafeenschuim.

Gii-Sens, de technologie die ten grondslag ligt aan de chemosensor, wordt in het artikel “Graphene Foam” genoemd en is een elektrode geproduceerd door Integrated Graphene. Gii-Sens bevat Gii, een pure, poreuze 3D-koolstofnanostructuur die lage kosten oplevert en het gebruik van niet-duurzame edele metalen zoals goud vermijdt.

Wanneer lactaat zich aan de sensor bindt, veroorzaakt dit een verandering in het elektrische signaal (of de kwantumcapaciteit) van het koolstofschuim. Het schuim detecteert daarom lage niveaus van melkzuur zonder het te verbruiken door veranderingen in de elektrische lading van Gii te meten, waardoor veranderingen in de niveaus kunnen worden gevolgd. Omdat het een chemische sensor is in plaats van een op enzymen gebaseerde sensor, heeft deze potentieel lagere kosten, een betere houdbaarheid en gemak van miniaturisatie.

Professor Frank Marken, hoofdauteur van het onderzoek aan de Universiteit van Bath, zei: “Net zoals je contactloze creditcard geen externe voedingsbron nodig heeft om te werken, omdat de nabijheid van de kaartlezer voldoende is om hem van stroom te voorzien – op een vergelijkbare manier Op deze manier zou deze sensor een kleine, meetbare elektrische stroom kunnen creëren wanneer lactaat eraan bindt.”

“Deze sensor, die gebruik maakt van Gii-Sens-technologie, pakt enkele van de belangrijkste beperkingen aan van de huidige niet-draadloze melkzuurenzymtests”, zegt professor Marken. “Het zal een eenvoudiger bediende sensor mogelijk maken, waardoor de mogelijkheid ontstaat voor meer regelmatige, minder invasieve en betrouwbaardere tracking van melkzuur, zelfs tijdens de prestaties van atleten.”

Melkzuurtesten hebben een aantal belangrijke toepassingen. In professionele sporten wordt melkzuur getest om de reactie van de atleet op verschillende intensiteiten en trainingsregimes te beoordelen. Door het vermogen van het lichaam om lactaat te transporteren en te gebruiken draadloos te volgen en vervolgens te verbeteren, willen atleten hun uithoudingsvermogen en herstel verbeteren.

Het wordt ook gebruikt in de medische zorg om hartaandoeningen zoals hartinfarcten, atriale fibrillatie en atherosclerose op te sporen. Dit is nuttig omdat verhoogde melkzuurniveaus het samentrekken van het hart en het bloedvat kunnen verminderen, waardoor de hemodynamiek voor normaal functioneren wordt beïnvloed.

Jean-Christophe Granier, Chief Executive Officer van Integrated Graphene, merkte op: “Deze ontwikkeling is opnieuw een duidelijk gebruiksvoorbeeld van Gii-Sens die wordt geïntegreerd in sensorproducten en veelzijdige toepasbaarheid biedt.

“De testresultaten van de onderzoeker met behulp van onze Gii-Sens-elektrode openen de mogelijkheid van meer toegankelijke en betrouwbare gezondheidsmonitoring in afgelegen omgevingen en we kijken ernaar uit om onze zeer gevoelige Gii-Sens-elektrode centraal te stellen in meer baanbrekende innovaties op het gebied van zorg diagnostiekmarkt.”