Ученые из США и Швейцарии создали приклеиваемое на кожу руки устройство, способное измерять уровень витамина C в поту, что коррелирует с уровнем в крови. Статья опубликована в журнале ACS Sensors.

Концентрацию веществ в теле обычно определяют по анализу крови. Это качественный метод, но он инвазивный, поэтому его неудобно применять для регулярных измерений уровня веществ и обычно это делают только с пациентами, для которых это действительно необходимо (например, при диабете).

Но уровень многих веществ в крови коррелирует с уровнем в других жидкостях, в том числе слезе и поту. В последние несколько лет из-за развития материалов и технологий ученые стали создавать прототипы носимых датчиков веществ-биомаркеров в этих жидкостях, например, датчик глюкозы, встроенный в контактную линзу, или датчик для отслеживания концентрации кортизола в поту.

Американо-швейцарская группа ученых под руководством Джозефа Вана (Joseph Wang) из Калифорнийского университета в Сан-Диего использовала этот подход в датчике концентрации витамина C. Датчик позволяет без анализа крови отслеживать уровень этого вещества и поддерживать его в нормальных пределах.

Ученые выбрали одну из стандартных схем для таких устройств, при которой датчик содержит фермент, способствующий окислению искомого вещества (витамина C в этом исследовании), и измеряет изменения тока, происходящие из-за этой реакции. В данном случае они поместили на один из электродов датчика фермент аксорбатоксидазу. Она выступает катализатором, благодаря которому попадающие на датчик молекулы витамина C вступают в реакцию с кислородом. Датчик измеряет концентрацию витамина C не напрямую, а отслеживая изменение тока восстановления кислорода. Оно возникает из-за того, что при повышении концентрации молекул витамина часть кислорода расходуется на их окисление.

Схема датчика / Juliane Sempionatto et al. / ACS Sensors, 2020

Помимо датчика на гибкой и прозрачной полимерной подложке закреплено два больших гидрогелевых электрода. В гидрогеле анода содержится пилокарпин, вызывающий сильное потоотделение. При подаче тока на электроды молекулы пилокарпина из-за электростатического отталкивания двигаются от электрода к коже и попадают на нее. В результате под датчиком возникает зона усиленного потоотделения, чего достаточно для его работы.

Ученые проверили работоспособность датчика, присоединив к нему плату для подачи тока и считывания показаний. Во время экспериментов участники с закрепленным на руке датчиком принимали таблетки с определенной дозой витамина C (250 или 1000 миллиграммов), или от 0,5 до двух стаканов апельсинового или мультифруктового сока, причем в некоторых экспериментах доза увеличивалась постепенно. Кроме того, была и контрольная группа, которая не принимала витамин в виде таблеток или сока.

Корреляция показаний датчика с приемом витамина C в виде сока / Juliane Sempionatto et al. / ACS Sensors, 2020

Эксперименты показали, что изменения показаний датчика достаточно хорошо коррелируют с приемом витамина C в той или иной форме, причем отслеживать можно не только сам прием, но и примерную дозу.