In Zukunft ins Schwitzen durch die Ausübung kann nicht nur gut für die Gesundheit sein, aber es könnte auch Ihre kleinen elektronischen Geräten zu versorgen. Die Forscher werden heute berichten, dass sie einen Sensor in Form einer Tätowierung , die sowohl Fortschritt einer Person während des Trainings beobachten und produzieren Strom aus ihrem Schweiß kann so gestaltet haben .
Das Team beschreibt die Vorgehensweise in einem der fast 12.000 Vorführungen auf dem 248. National Meeting
Das Gerät arbeitet durch Erkennen und Reagieren auf Laktat , was natürlich in Schweiß vorhanden ist. " Laktat ist ein sehr wichtiger Indikator dafür, wie Sie während der Übung tun ", sagt Wenzhao Jia , Ph.D.
Im Allgemeinen , desto intensiver ist die Bewegung, desto mehr Laktat produziert der Körper . Während anstrengende körperliche Aktivität , benötigt der Körper mehr Energie zu erzeugen , so dass es einen Prozess namens Glykolyse aktiviert . Glykolyse produziert Energie und Laktat , das Letzte von dem Wissenschaftler im Blut zu erkennen.
Professionelle Athleten überwachen ihre Laktatwerte während der Performance-Tests als eine Möglichkeit, ihre Fitness und Trainingsprogramm zu bewerten. Darüber hinaus messen die Ärzte Laktat während des Belastungstests von Patienten für Bedingungen , die durch abnorm hohen Laktatwerte , wie zum Beispiel Herz -oder Lungenerkrankungen markiert. Derzeit ist Laktattestsunpraktisch und aufdringlich , weil Blutproben muss von der Person zu verschiedenen Zeiten während der Übung Regime gesammelt und anschließend analysiert.
Jia, ein Postdoktorand im Labor von Joseph Wang, D.Sc. , an der University of California in San Diego , und ihre Kollegen entwickelten ein schneller, einfacher und komfortabler Weg, um Laktat während des Trainings zu messen. Sie drückte einen flexible Laktatsensorauf temporäre Tätowierung Papier. Der Sensor enthält ein Enzym, das Elektronen von Laktat Streifen , wodurch ein schwacher elektrischer Strom . Die Forscher angewendet das Tattoo auf die Oberarme von 10 gesunden Probanden. Dann gemessen , wie das Team die Freiwilligen auf die Erhöhung Widerstandslinien auf einem stationären Fahrrad für 30 Minuten ausgeübt produziert elektrischen Strom . Auf diese Weise konnten sie kontinuierlich Schweiß Laktatwerte im Laufe der Zeit und mit Veränderungen in der Trainingsintensität überwachen.
Das Team ging dann noch einen Schritt weiter , aufbauend auf diesen Erkenntnissen , um ins Schwitzen betriebene biobattery machen . Batterien erzeugen Energie durch Leiten von Strom in Form von Elektronen , von einer Anode zu einer Kathode . In diesem Fall enthielt die Anode das Enzym, das Elektronen von Lactat entfernt , und die Kathode enthalten ein Molekül, das die Elektronen aufnimmt.
Bei 15 Probanden trugen die Tattoo biobatteries während der Ausübung auf einem stationären Fahrrad , produziert sie unterschiedliche Mengen an Energie . Interessant ist, dass Menschen, die weniger fit sind ( Ausübung weniger als einmal pro Woche ) produziert mehr Strom als diejenigen, die mäßig fit wurden ( Ausübung ein- bis dreimal pro Woche). Enthusiasten, die mehr als drei Mal pro Woche ausgearbeitet produziert die geringste Menge an Energie. Die Forscher sagen , dass dies wahrscheinlich , weil die weniger fit Menschen wurde früher ermüdet , wodurch die Glykolyse in früheren treten, bilden mehr Laktat. Die maximale Menge an Energie, die von einer Person in der Low- Fitness- Gruppe produziert betrug 70 Mikrowatt pro cm2 Haut.
"Die aktuelle produziert nicht so hoch , aber wir sind auf die Verbesserung arbeiten daran , so dass schließlich konnten wir einige kleine elektronische Geräte anzutreiben ", sagt Jia . "Im Moment können wir maximal 70 Mikrowatt pro cm2 , aber unsere Elektroden nur 2 von 3 Millimeter groß sind und erzeugen etwa 4 Mikrowatt - ein bisschen klein , um genügend Strom zu erzeugen , eine Uhr zu laufen , zum Beispiel , die bei bedarf mindestens 10 Mikrowatt . Also neben der Arbeit , um höhere Leistung zu erhalten, müssen wir auch die Elektronik nutzen, um speichern den erzeugten Strom und machen es für diese Anforderungen ausreichend ist. "
Biobatteries bieten einige Vorteile gegenüber herkömmlichen Batterien : Sie laden schneller , erneuerbare Energiequellen nutzen (in diesem Fall , Schweiß ) und sind sicherer , weil sie nicht explodieren oder auslaufen giftigen Chemikalien .
"Dies sind die ersten Beispiele für elektrochemische Biosensoren epidermalen und Bio-Brennstoffzellen , die möglicherweise für eine Vielzahl zukünftiger Anwendungen verwendet werden könnten ", sagt Wang .
Titel
Wearable Biosensoren und Biokraftstoffzellenfür die kontinuierliche nicht-invasive Überwachung epidermalen
abstrakt
Die Healthcare-Industrie hat vor kurzem einen wichtigen Paradigmenwechsel hin zu tragbaren biomedizinische Geräte erfahren . Die Herstellung der Tattoo -basierte tragbare Biosensoren, in der Lage, chemische Bestandteile , die sich auf der Epidermis des Körpers des Trägers zu überwachen sind, werden dargestellt. Diese Sensoren können Laktat im menschlichen Schweiß während des Trainings durch eine nicht-invasive und kontinuierliche Weise erzeugt überwachen. Die daraus resultierenden zeitlichen Laktatprofilenspiegeln Veränderungen in der Produktion von Schweiß Laktat bei Variation der Trainingsintensität . Darüber hinaus zeigen wir die Fähigkeit, elektrische Energie von menschlichem Schweiß durch die Verwendung des epidermalen Tattoo Biobrennstoffzellen erzeugen . Erhebliche Leistungs wurde aus menschlichem Schweiß in realen Szenarien generiert. Solche Haut getragen Metabolit Tattoo Biosensoren und Biokraftstoffzellenkonnten sehr vielversprechend für diverse Sport, Militär und biomedizinische Anwendungen.