Отныне подгузники показывают уровень сахара в моче
Но как произвести достаточно электричества из мочи для питания датчика? Ответ кроется в электрохимии.
Ученые протестировали свой биосенсор с автономным питанием в подгузниках
Благодаря науке и современной медицине мы теперь намного больше знаем о ранних признаках определенных заболеваний и о том, какие биомаркеры нужно проверять. Что наиболее важно, у нас есть необходимые устройства и методы для удобного отбора и анализа этих биомаркеров в клинических условиях, чтобы врачи, пациенты и лица, осуществляющие уход, могли действовать соответствующим образом. В постоянно развивающейся области медицинских технологий носимая электроника и биосенсоры рассматриваются как потенциальные перемены в правилах игры, поскольку они позволяют как медицинскому персоналу, так и немедицинским людям удаленно контролировать соответствующие параметры организма, сообщает medicalxpress.com.
В конкретном случае диабета — относительно распространенного заболевания — мониторинг уровня сахара в крови имеет решающее значение. К счастью, уровень сахара в моче дает косвенную информацию об уровне сахара в крови и может использоваться в качестве альтернативного биомаркера, чтобы избежать постоянного забора крови. Более того, для измерения уровня сахара в моче у пожилых людей или пациентов, нуждающихся в длительном уходе, датчики могут быть встроены непосредственно в их подгузники. Путем беспроводной передачи полученных данных датчики подгузников могут значительно упростить уход и мониторинг состояния здоровья. Однако и сенсорам, и беспроводным передатчикам для работы требуется источник энергии, и установка батареек в подгузники может быть сомнительным решением как с экологической, так и с практической точки зрения.
К счастью, ученые из Японии нашли решение этой проблемы. В недавнем исследовании, опубликованном в ACS Sensors , доцент Исао Шитанда, профессор Масаюку Итагаки и г-н Юки Фуджимура из Токийского университета наук (TUS), Япония, представляют многообещающий подход к реализации датчиков подгузников с автономным питанием, которые могут напрямую генерировать энергию. из мочи. Эта работа была выполнена в сотрудничестве с доцентом Сейя Цуджимура из Университета Цукуба, Япония. Стоит отметить, что эта работа согласуется с другими исследовательскими усилиями доктора Шитанды и его коллег по разработке биосенсоров с автономным питанием, таких как сенсор лактата, полностью возбуждаемый потом.
Но как произвести достаточно электричества из мочи для питания датчика? Ответ кроется в электрохимии. Ученые разработали бумажный биотопливный элемент, который в результате пары реакций окисления и восстановления выдает электрическую мощность, пропорциональную количеству глюкозы в моче. Важными соображениями при разработке таких биотопливных элементов являются количество мочи, необходимое для выработки достаточной мощности, а также общая стабильность и долговечность устройства. Имея это в виду, ученые разработали специальный анод, отрицательный вывод электрохимической ячейки, используя процесс, известный как «привитая полимеризация», который позволил им прочно закрепить реактивные ферменты и молекулы медиатора на пористом углеродном слое, который служил в качестве основного проводящего материала.
Ученые протестировали свой биосенсор с автономным питанием в подгузниках, используя искусственную мочу при различных концентрациях глюкозы. Они использовали генерируемую энергию для включения передатчика Bluetooth Low Energy и дистанционно контролировали измеренную концентрацию с помощью смартфона. Они обнаружили, что биотопливный элемент может обнаруживать сахар в моче за очень короткое время (в течение 1 секунды).
«Помимо мониторинга уровня глюкозы в контексте диабета, датчики подгузников могут использоваться для удаленной проверки наличия мочи, если вы заранее запасаетесь сахаром в качестве топлива. В больницах или медицинских учреждениях, где потенциально необходимо проверять сотни подгузников время от времени предлагаемое устройство может снимать большую нагрузку с плеч лиц, осуществляющих уход », — комментирует д-р Шитанда.
Короче говоря, датчик, созданный командой доктора Шитанды, может не только предотвратить диабет, но и сделать использование подгузников более эффективным и отзывчивым без ущерба для окружающей среды. «Мы считаем, что концепция, разработанная в этом исследовании, может стать очень многообещающим инструментом для общего развития носимых биосенсоров с автономным питанием», — говорит д-р Шитанда.