Figura 1. a) Esquema mostrando o design do sensor de fadiga muscular baseado em Ti3 C2 Tx Hidrogel MXene-PVA/PAA (M-hidrogel). b) Efeito da tensão axial aplicada na resistência do M-hidrogel (ΔR/R0 ). c) Variação da resistência elétrica do M-hidrogel com o pH; o pH foi controlado alterando a composição da solução de PBS. d) Mudança dependente do tempo na resistência do M-hidrogel em função do pH do ambiente. Mudanças repentinas na resistência do hidrogel M são observadas ao cair em soluções de PBS com diferentes valores de pH. e) Imagem fotográfica mostrando a configuração experimental para medir a resistência do M-hidrogel sob tensão aplicada em diferentes condições de pH. f) Mudança não linear na resistência do hidrogel M sob tensão aplicada em condições de baixo pH. Quando a corrente iônica domina, obtemos não linearidade em ΔR versus deformação. Crédito:DOI:10.1002/smtd.202100819
Os nanomateriais ultrafinos, conhecidos como MXenes, estão preparados para facilitar o monitoramento do bem-estar de uma pessoa analisando sua transpiração.
Embora compartilhem uma natureza bidimensional semelhante ao grafeno, os MXenes são compostos de metais não tóxicos, como o titânio, em combinação com átomos de carbono ou nitrogênio. Com condutividade naturalmente alta e cargas superficiais fortes, os MXenes são candidatos atraentes para biossensores que podem detectar pequenas mudanças nas concentrações químicas.
Em 2019, o grupo de Husam Alshareef desenvolveu um eletrodo composto MXene, que incluiu em um sensor de braçadeira vestível. O dispositivo, que tinha um design modular que usava inserções de MXene carregadas com enzimas apropriadas, podia absorver a transpiração e detectar vários analitos no suor humano, incluindo glicose e ácido lático.
Alshareef e seus colegas, em colaboração com a equipe de pesquisa de Sahika Inal, recentemente tentaram combinar folhas de MXene com hidrogéis – polímeros cheios de água que são compatíveis com o tecido humano porque são capazes de se esticar. Curiosamente, a equipe descobriu que altos níveis de íons móveis no hidrogel produziam forte sensibilidade à tensão mecânica que ocorre durante o exercício.
"Inicialmente, as folhas de MXene são orientadas aleatoriamente dentro do hidrogel, mas quando você aplica pressão a elas, as folhas ficam mais orientadas horizontalmente", explica Alshareef. "Como os MXenes têm uma alta concentração de cargas negativas em suas superfícies, os arranjos horizontais afetam fortemente os movimentos de íons dentro do hidrogel e, portanto, podemos medir diferentes níveis de mudança de pressão".
Um protótipo de sensor vestível, desenvolvido com o novo composto MXene-hidrogel, foi capaz de rastrear o movimento muscular produzindo padrões distintos de resistência elétrica à medida que o estresse mecânico aumentava. Esses padrões, por sua vez, mudaram instantaneamente quando o sensor foi exposto a íons adicionais na forma de soluções ácidas ou básicas.
Isso levou a equipe da KAUST a perceber que seu dispositivo poderia ser usado para correlacionar as mudanças de pH no suor com o acúmulo de ácido indutor de fadiga nas células musculares.
“À medida que nos exercitamos e nossos músculos se cansam, o sensor vê o novo ambiente químico e produz diferentes curvas de resistência elétrica versus estresse”, diz Kang Lee, ex-pós-doc da KAUST e principal autor do estudo. "Ao comparar essas curvas com curvas de referência para um determinado sensor, podemos determinar o pH do suor e a fadiga do músculo".
Com conectividade Bluetooth para dispositivos digitais próximos, o sensor baseado em MXene pode ser valioso para atletas que procuram medições de desempenho em tempo real assim que a tecnologia for otimizada. "O desafio mais sério é a estabilidade a longo prazo do sensor, por isso estamos analisando a alteração de composições e designs em experimentos futuros", diz Alshareef.
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