Los nanomateriales ultrafinos, conocidos como MXenes, están preparados para facilitar el control del bienestar de una persona mediante el análisis de su transpiración.

Si bien comparten una naturaleza bidimensional similar al grafeno, los MXenes están compuestos de metales no tóxicos, como el titanio, en combinación con átomos de carbono o nitrógeno. Con una conductividad naturalmente alta y fuertes cargas superficiales, los MXenes son candidatos atractivos para biosensores que pueden detectar pequeños cambios en las concentraciones químicas.

En 2019, el grupo de Husam Alshareef desarrolló un electrodo compuesto MXene, que encerraron en un sensor de brazalete portátil. El dispositivo, que tenía un diseño modular que usaba insertos MXene cargados con las enzimas apropiadas, podía absorber la transpiración y detectar varios analitos en el sudor humano, incluidos la glucosa y el ácido láctico.

Alshareef y sus colegas, en colaboración con el equipo de investigación de Sahika Inal, intentaron recientemente combinar láminas MXene con hidrogeles, polímeros llenos de agua que son compatibles con el tejido humano porque pueden estirarse. Curiosamente, el equipo descubrió que los altos niveles de iones móviles en el hidrogel producían una fuerte sensibilidad a la tensión mecánica que se produce durante el ejercicio.

"Inicialmente, las hojas de MXene están orientadas aleatoriamente dentro del hidrogel, pero una vez que les aplicas presión, las hojas se orientan más horizontalmente", explica Alshareef. "Debido a que los MXenes tienen una alta concentración de cargas negativas en sus superficies, las disposiciones horizontales afectan fuertemente los movimientos de iones dentro del hidrogel y, por lo tanto, podemos medir diferentes niveles de cambio de presión".

Un prototipo de sensor portátil, desarrollado con el nuevo compuesto de hidrogel MXene, pudo rastrear el movimiento muscular al producir distintos patrones de resistencia eléctrica a medida que aumentaba el estrés mecánico. Estos patrones, a su vez, cambiaron instantáneamente cuando el sensor se expuso a iones adicionales en forma de soluciones ácidas o básicas.

Esto llevó al equipo de KAUST a darse cuenta de que su dispositivo podría usarse para correlacionar los cambios de pH en el sudor con la acumulación de ácido que induce la fatiga en las células musculares.

"A medida que hacemos ejercicio y nuestros músculos se cansan, el sensor ve el nuevo entorno químico y produce diferentes curvas de resistencia eléctrica versus estrés", dice Kang Lee, ex postdoctorado de KAUST y autor principal del estudio. "Al comparar estas curvas con las curvas de referencia de un sensor determinado, podemos determinar el pH del sudor y el grado de fatiga del músculo".

Con conectividad Bluetooth a dispositivos digitales cercanos, el sensor basado en MXene puede resultar valioso para los atletas que buscan mediciones de rendimiento en tiempo real una vez que se optimiza la tecnología. "El desafío más serio es la estabilidad a largo plazo del sensor, por lo que estamos analizando la modificación de composiciones y diseños en futuros experimentos", dice Alshareef. + Explora más

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