¡Sudarlo!  Sensor de microfluidos portátil para medir la concentración de lactato en tiempo real

Sensor de microfluidos portátil para medir la concentración de lactato en tiempo real

Es importante utilizar materiales no irritantes en el diseño de sensores portátiles que se utilizan para cuantificar los niveles de lactato durante el ejercicio. Crédito: Universidad de Ciencias de Tokio

Con el avance aparentemente imparable en los campos de la miniaturización y la ciencia de los materiales, han surgido todo tipo de dispositivos electrónicos para ayudarnos a llevar una vida más fácil y saludable. Los sensores portátiles entran en esta categoría y últimamente han recibido mucha atención como herramientas útiles para monitorear la salud de una persona en tiempo real. Muchos de estos sensores funcionan cuantificando biomarcadores, es decir, indicadores mensurables que reflejan el estado de salud de una persona. Los biomarcadores ampliamente utilizados son la frecuencia cardíaca y la temperatura corporal, que se pueden controlar de forma continua con relativa facilidad. Por el contrario, los biomarcadores químicos en los fluidos corporales, como la sangre, la saliva y el sudor, son más difíciles de cuantificar con sensores portátiles.

Por ejemplo, el lactato, que se produce durante la descomposición de la glucosa en ausencia de oxígeno en los tejidos, es un biomarcador importante presente tanto en la sangre como en el sudor que refleja la intensidad del ejercicio físico realizado así como la oxigenación de los músculos. Durante el ejercicio, los músculos que requieren energía pueden quedarse rápidamente sin oxígeno y volver a una vía metabólica diferente que proporciona energía al “costo” de acumular lactato, que causa dolor y fatiga. Luego, el lactato se libera en el torrente sanguíneo y parte de él se elimina a través del sudor. Esto significa que un sensor químico portátil podría medir la concentración de lactato en el sudor para dar una imagen en tiempo real de la intensidad del ejercicio o el estado de los músculos.

Aunque ya se han propuesto sensores portátiles de medición de lactato, la mayoría de ellos están compuestos de materiales que pueden causar irritación de la piel. Para abordar este problema, un equipo de científicos de Japón realizó recientemente un estudio para traernos un sensor más cómodo y práctico. Su trabajo, que fue publicado en Electrochimica Acta, fue dirigido por el Profesor Asociado Isao Shitanda, el Sr. Masaya Mitsumoto y la Dra. Noya Loew del Departamento de Química Pura y Aplicada de la Universidad de Ciencias de Tokio, Japón.

El equipo se centró primero en el mecanismo de detección que emplearían en el sensor. La mayoría de los biosensores de lactato se fabrican inmovilizando lactato oxidasa (una enzima) y un mediador apropiado en un electrodo. Una reacción química que involucra lactato oxidasa, el mediador y lactato libre da como resultado la generación de una corriente medible entre electrodos 攁 corriente que es aproximadamente proporcional a la concentración de lactato.

Un aspecto complicado aquí es cómo inmovilizar la enzima y el mediador en un electrodo. Para hacer esto, los científicos emplearon un método llamado “polimerización por injerto inducida por haz de electrones”, mediante el cual las moléculas funcionales se unían a un material a base de carbono que puede unirse espontáneamente a la enzima. Luego, los investigadores convirtieron el material en una tinta líquida que se puede usar para imprimir electrodos. Esta última parte resulta ser un aspecto importante para la futura comercialización del sensor, como explica el Dr. Shitanda, “La fabricación de nuestro sensor es compatible con la serigrafía, un excelente método para fabricar electrodos livianos, flexibles que se pueden escalar para la producción en masa “.

Con el mecanismo de detección completo, el equipo diseñó un sistema apropiado para recolectar el sudor y entregarlo al sensor. Lo lograron con un sistema de recolección de sudor microfluídico hecho de polidimetilsiloxano (PDMS); comprendía múltiples entradas pequeñas, una salida y una cámara para el sensor en el medio. “Decidimos usar PDMS porque es un material suave y no irritante adecuado para nuestro sistema de recolección de sudor de microfluidos, que debe estar en contacto directo con la piel”, comenta el Sr. Mitsumoto.

Se confirmó que los límites de detección del sensor y su rango operativo para las concentraciones de lactato son adecuados para investigar el “umbral de lactato”, el punto en el que el metabolismo aeróbico (con oxígeno) se convierte en metabolismo anaeróbico (sin oxígeno) durante el ejercicio. El monitoreo en tiempo real de este fenómeno corporal es importante para varias aplicaciones, como señala el Dr. Loew, “El monitoreo del umbral de lactato ayudará a optimizar el entrenamiento de los atletas y las rutinas de ejercicio de los pacientes en rehabilitación y los ancianos, así como a controlar el esfuerzo de trabajadores de alto rendimiento como los bomberos “.

El equipo ya está probando la implementación de este sensor en escenarios prácticos. Con suerte, el progreso realizado en este estudio ayudará a desarrollar el campo de los sensores químicos portátiles, ayudándonos a realizar un mejor seguimiento de nuestros procesos corporales y a mantener una mejor salud.


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