汗中の乳酸を検出するためのウェアラブルセンサーシステム

生理学的モニタリングのためのウェアラブルセンサーの開発の増加は、健康とパフォーマンスの生化学的指標の検出に補完的な関心を促しました。汗をかいた排泄されたヒトバイオマーカーの非侵襲的検出のためのウェアラブルセンサーシステムを報告します。このシステムは、薄くて柔軟なカプトンパッチ（2.5×7.5 cm）で構成され、接着剤でコーティングされ、皮膚に貼られています。システムは、近距離の通信プロトコルを介して携帯電話で制御し、ワイヤレスで充電でき、データはスマートフォンアプリにダウンロードおよび表示できます。このシステムは、センシング要素が低プロファイルソケットに差し込むように設計されており、飽和または老化の効果のために必要に応じて簡単に取り外して交換できます。デモンストレーションの場合、このシステム内の有機電気化学トランジスタ（OECT）を使用して乳酸濃度を監視しました。電極材料の変更、さまざまな固定化技術の使用、動作電圧の調整など、センサー性能を最適化するためのいくつかの異なる方法が比較されました。乳酸オキシダーゼ酵素の結果として生じる機能応答を、センサー変数の関数として比較しました。OECTセンサーは乳酸に対して高い感度を持つことが示されていましたが、感知範囲は約1 mm未満の乳酸濃度に限定されています。

Increased development of wearable sensors for physiological monitoring has spurred complementary interest in the detection of biochemical indicators of health and performance. We report a wearable sensor system for non-invasive detection of excreted human biomarkers in sweat. The system consists of a thin, flexible, kapton patch (2.5 × 7.5 cm) that can be coated with adhesive and affixed to the skin. The system can be controlled by a cell phone via a near-field communications protocol, charged wirelessly, and the data can be downloaded and displayed in a smart phone app. The system is designed such that the sensing element plugs into a low-profile socket, and can easily be removed and replaced as needed due to saturation or aging effects. As a demonstration case, we examined using an organic electrochemical transistor (OECT) within this system to monitor lactate concentration. Several different methods for optimizing the sensor performance were compared, including altering electrode materials, employing various immobilization techniques, and tailoring operating voltages. Resulting functional response of the lactate oxidase enzyme was compared as a function of the sensor variables. The OECT sensor was shown to have high sensitivity to lactate, however the sensing range is limited to lactate concentrations below approximately 1 mM.