Des scientifiques développent un nouveau dispositif de biocapteur pour surveiller chimiquement l’état des muscles pendant l’exercice physique – Technoguide

Avec les progrès apparemment imparables dans les domaines de la miniaturisation et de la science des matériaux, toutes sortes d’appareils électroniques ont émergé pour nous aider à mener une vie plus facile et plus saine. Les capteurs portables font partie de cette catégorie et ont récemment reçu beaucoup d’attention en tant qu’outils utiles pour surveiller la santé d’une personne en temps réel. Beaucoup de ces capteurs fonctionnent en quantifiant des biomarqueurs, c’est-à-dire des indicateurs mesurables qui reflètent l’état de santé d’une personne. Les biomarqueurs largement utilisés sont le rythme cardiaque et la température corporelle, qui peuvent être surveillés en continu avec une relative facilité. Au contraire, les biomarqueurs chimiques dans les fluides corporels, tels que le sang, la salive et la sueur, sont plus difficiles à quantifier avec des capteurs portables.

Par exemple, le lactate, qui est produit lors de la dégradation du glucose en l’absence d’oxygène dans les tissus, est un biomarqueur important présent dans le sang et la sueur qui reflète l’intensité de l’exercice physique ainsi que l’oxygénation des muscles. Pendant l’exercice, les muscles nécessitant de l’énergie peuvent rapidement manquer d’oxygène et retomber dans une voie métabolique différente qui fournit de l’énergie au “ prix ” de l’accumulation de lactate, ce qui provoque douleur et fatigue. Le lactate est ensuite libéré dans la circulation sanguine et une partie de celui-ci est éliminée par la sueur. Cela signifie qu’un capteur chimique portable pourrait mesurer la concentration de lactate dans la sueur pour donner une image en temps réel de l’intensité de l’exercice ou de l’état des muscles.

Bien que des capteurs portables mesurant le lactate aient déjà été proposés, la plupart d’entre eux sont composés de matériaux pouvant provoquer une irritation de la peau. Pour résoudre ce problème, une équipe de scientifiques au Japon a récemment mené une étude pour nous apporter un capteur plus confortable et plus pratique. Leurs travaux, publiés dans Electrochimica Acta, ont été dirigés par le professeur agrégé Isao Shitanda, M. Masaya Mitsumoto et le Dr Noya Loew du Département de chimie pure et appliquée de l’Université des sciences de Tokyo, Japon.

L’équipe s’est d’abord concentrée sur le mécanisme de détection qu’elle utiliserait dans le capteur. La plupart des biocapteurs de lactate sont fabriqués en immobilisant la lactate oxydase (une enzyme) et un médiateur approprié sur une électrode. Une réaction chimique impliquant la lactate oxydase, le médiateur, et le lactate libre entraîne la génération d’un courant mesurable entre les électrodes – un courant qui est à peu près proportionnel à la concentration de lactate.

Un aspect délicat ici est de savoir comment immobiliser l’enzyme et le médiateur sur une électrode. Pour ce faire, les scientifiques ont utilisé une méthode appelée «polymérisation par greffage induite par un faisceau d’électrons», par laquelle des molécules fonctionnelles étaient liées à un matériau à base de carbone qui peut se lier spontanément à l’enzyme. Les chercheurs ont ensuite transformé le matériau en une encre liquide qui peut être utilisée pour imprimer des électrodes. Cette dernière partie s’avère être un aspect important pour la commercialisation future du capteur, comme l’explique le Dr Shitanda, «La fabrication de notre capteur est compatible avec la sérigraphie, une excellente méthode pour fabriquer des électrodes légères et flexibles qui peuvent être mises à l’échelle. pour la production de masse. “

Une fois le mécanisme de détection terminé, l’équipe a ensuite conçu un système approprié pour collecter la sueur et la transmettre au capteur. Ils y sont parvenus grâce à un système microfluidique de collecte de la sueur en polydiméthylsiloxane (PDMS); il comprenait plusieurs petites entrées, une sortie et une chambre pour le capteur entre les deux. «Nous avons décidé d’utiliser le PDMS car c’est un matériau doux et non irritant adapté à notre système de collecte de sueur microfluidique, qui doit être en contact direct avec la peau», commente M. Mitsumoto.

Il a été confirmé que les limites de détection du capteur et sa plage de fonctionnement pour les concentrations de lactate étaient appropriées pour étudier le «seuil de lactate» – le point auquel le métabolisme aérobie (avec oxygène) se transforme en métabolisme anaérobie (sans oxygène) pendant l’exercice. La surveillance en temps réel de ce phénomène corporel est importante pour plusieurs applications, comme le remarque le Dr Loew, «La surveillance du seuil lactique aidera à optimiser l’entraînement des athlètes et les routines d’exercice des patients en réadaptation et des personnes âgées, ainsi qu’à contrôler l’effort des des travailleurs performants tels que les pompiers. “

L’équipe teste déjà la mise en œuvre de ce capteur dans des scénarios pratiques. Avec un peu de chance, les progrès réalisés dans cette étude permettront de développer le domaine des capteurs chimiques portables, nous aidant à mieux suivre nos processus corporels et à maintenir une meilleure santé.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par l’Université des sciences de Tokyo. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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