Les nanomatériaux ultrafins, connus sous le nom de MXenes, sont destinés à faciliter la surveillance du bien-être d’une personne en analysant sa transpiration.
Bien qu’ils partagent une nature bidimensionnelle similaire au graphène, les MXenes sont composés de métaux non toxiques, tels que le titane, en combinaison avec des atomes de carbone ou d’azote. Avec une conductivité naturellement élevée et de fortes charges de surface, les MXenes sont des candidats intéressants pour les biocapteurs capables de détecter de petits changements dans les concentrations chimiques.
En 2019, le groupe de Husam Alshareef a développé une électrode composite MXene, qu’ils ont enfermée dans un capteur de brassard portable. L’appareil, qui avait une conception modulaire qui utilisait des inserts MXene chargés d’enzymes appropriées, pouvait absorber la transpiration et détecter plusieurs analytes dans la sueur humaine, notamment le glucose et l’acide lactique.
Alshareef et ses collègues, en collaboration avec l’équipe de recherche de Sahika Inal, ont récemment essayé de combiner des feuilles de MXene avec des hydrogels – des polymères remplis d’eau qui sont compatibles avec les tissus humains car ils sont capables de s’étirer. Curieusement, l’équipe a découvert que des niveaux élevés d’ions mobiles dans l’hydrogel produisaient une forte sensibilité à la contrainte mécanique qui se produit pendant l’exercice.
Initialement, les feuilles de MXene sont orientées de manière aléatoire dans l’hydrogel, mais une fois que vous leur appliquez une pression, les feuilles deviennent plus horizontales. Parce que les MXenes ont une forte concentration de charges négatives sur leurs surfaces, les dispositions horizontales affectent fortement les mouvements des ions dans l’hydrogel, et nous pouvons donc mesurer différents niveaux de changement de pression. »
Husam Alshareef, Université des sciences et technologies King Andullah
Un prototype de capteur portable, développé avec le nouveau composé MXene-hydrogel, a pu suivre le mouvement musculaire en produisant des modèles de résistance électrique distincts à mesure que le stress mécanique augmentait. Ces modèles changeaient à leur tour instantanément lorsque le capteur était exposé à des ions supplémentaires sous forme de solutions acides ou basiques.
Cela a conduit l’équipe KAUST à réaliser que leur appareil pouvait être utilisé pour corréler les changements de pH dans la sueur aux accumulations d’acide induisant de la fatigue dans les cellules musculaires.
« Au fur et à mesure que nous faisons de l’exercice et que nos muscles se fatiguent, le capteur voit le nouvel environnement chimique et produit différentes courbes de résistance électrique par rapport à la contrainte », explique Kang Lee, ancien postdoctorant KAUST et auteur principal de l’étude. « En comparant ces courbes aux courbes de référence pour un capteur donné, nous pouvons déterminer le pH de la sueur et la fatigue du muscle. »
Avec la connectivité Bluetooth aux appareils numériques à proximité, le capteur basé sur MXene peut s’avérer précieux pour les athlètes à la recherche de mesures de performance en temps réel une fois la technologie optimisée. « Le défi le plus sérieux est la stabilité à long terme du capteur, nous envisageons donc de modifier les compositions et les conceptions dans les expériences futures », a déclaré Alshareef.
