«Когда человеческое тело подвергается напряженным упражнениям, наступает момент, когда аэробная функция мышц становится анаэробной функцией мышц», — говорит Дженни Ульянова, исследователь CFD Research Corporation (CFDRC) и соавтор статьи. «В этот момент лактат вырабатывается быстрее, чем потребляется. Когда это происходит, знание этих уровней может быть индикатором потенциально проблемных состояний, таких как мышечная усталость, стресс и обезвоживание».
Использование зеленых технологийИспользование пота для отслеживания изменений в организме — не новая концепция. Несмотря на то, что в последние годы было сделано много разработок для определения изменений концентраций компонентов пота, для этих устройств не использовалась чисто биологическая зеленая технология. Команда исследователей CFDRC в сотрудничестве с Университетом Нью-Мексико разработала датчик на основе ферментов, работающий от биотопливного элемента, что обеспечивает безопасный возобновляемый источник энергии.
Биотопливные элементы стали многообещающей технологией в области хранения энергии, но по-прежнему сталкиваются со многими проблемами, связанными с коротким активным сроком службы, низкой плотностью мощности и низким уровнем эффективности. Однако у них есть несколько привлекательных моментов, в том числе их способность использовать возобновляемые виды топлива, такие как глюкоза, и внедрять доступные возобновляемые катализаторы.«Биотопливный элемент работает в данном конкретном случае, потому что датчик является маломощным устройством», — говорит Ульянова. «У них очень хорошо получается иметь высокую плотность энергии, но работа над плотностью мощности все еще продолжается. Но для приложений с низким энергопотреблением, таких как этот конкретный датчик, он работает очень хорошо».
В своем исследовании под названием «Носимая сенсорная система на основе биотопливного элемента для определения уровня лактата в поте» команда запитала биотопливные элементы топливом на основе глюкозы. Та же самая ферментативная технология, при которой ферменты окисляют топливо и генерируют энергию, используется на рабочем электроде датчика, что позволяет обнаруживать лактат в вашем поту.Ориентация на лактатХотя использование биотопливного элемента является новым аспектом этой работы, то, что отличает его от аналогичных разработок в этой области, — это использование электрохимических процессов для очень точного обнаружения конкретного соединения в очень сложной среде, такой как пот.
«Мы делаем это электрохимически, поэтому мы смотрим на приложение постоянной нагрузки к датчику и генерируем отклик по току, — говорит Ульянова, — который прямо пропорционален концентрации нашего целевого аналита».Практическое применениеПервоначально датчик был разработан для помощи в обнаружении и прогнозировании состояний, связанных с уровнем лактата (то есть усталости и обезвоживания) для военнослужащих.
«Датчик был разработан для солдата, проходящего подготовку в учебном лагере, — говорит Серджио Омар Гарсия, исследователь CFDRC и соавтор статьи, — но его можно применить к людям, которые ведут активный образ жизни, и всем, кто участвует в напряженной деятельности».Что касается коммерческих приложений, исследователи полагают, что устройство можно использовать в качестве тренировочного средства для отслеживания изменений лактата так же, как спортсмены используют мониторы сердечного ритма, чтобы увидеть, как изменяется их частота сердечных сокращений во время тренировки.Тестирование на телеВ настоящее время команда работает над изменением внешнего вида пластыря, чтобы перейти от лабораторных исследований к испытаниям на теле.
После того, как ученые оптимизируют прилегание датчика к коже, доставку / удаление пробы пота и электронные компоненты системы, добровольцы протестируют его возможности во время тренировки.«Мы действительно говорили об этой идее с некоторыми местными футбольными тренерами в средней школе, — говорит Ульянова, — и им, похоже, она действительно нравится, и они готовы использовать своих игроков для бета-тестирования этой идеи».После сбора исходных данных команда сможет работать с другими группами, чтобы интерпретировать данные и соотнести их с физическим состоянием человека. Благодаря этому можно было бы построить прогностические модели, которые потенциально могут помочь предотвратить состояния, связанные с индивидуальным перенапряжением.
В планы на будущее для устройства входит реализация беспроводной передачи результатов и разработка набора датчиков (гибридный датчик), который может обнаруживать различные другие биомолекулы, указывающие на физические или физиологические факторы стресса.