Un equipo del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC) ha desenvolupat un dispositiu capaç d’analitzar, en temps real, el pH i els nivells de sodi (Na⁺) i potassi (K⁺) en la suor. Muntat en un substrat polimèric flexible, el sistema consta de transistors fabricats amb silici, un elèctrode d’estat sòlid que permet transportar la càrrega elèctrica (ions) i una sèrie de capes fetes amb dos dels plàstics més comuns (polietilè i polipropilè) per la seva baixa despesa i versatilitat. Aquest darrer element suposa un aspecte diferenciador respecte a tecnologies similars presents al mercat, ja que no solen incloure elements microfluídics que permetin impulsar la suor cap als sensors per obtenir dades de manera contínua.
La pràctica d’exercici físic provoca la producció de suor gràcies al mecanisme de termoregulació del cos. Aquesta suor, composta per un 99% d’aigua, electròlits i altres metabòlits, representa una font valuosa d’informació per monitorar la salut de les persones que practiquen esport i per prevenir els efectes adversos de la deshidratació.
En les darreres dècades, ha augmentat la necessitat d’avaluar la salut de manera personalitzada i en temps real mentre es fa esport. Això ha impulsat el desenvolupament de dispositius portàtils, que majoritàriament utilitzen elèctrodes selectius d’ions (ISEs). Aquest tipus d’elèctrodes, que fan servir una membrana d’estat sòlid per transportar ions de manera selectiva, són més duradors i es poden utilitzar en una àmplia gamma d’aplicacions.
Molts d’aquests dispositius es fabriquen mitjançant tècniques d’impressió (printing technologies) o, els més avançats, per injecció de tinta (inkjet printing) directament sobre substrats flexibles. Tot i que aquests mètodes són ràpids i senzills en termes de producció, presenten alguns problemes, com ara una baixa estabilitat en el temps i la impossibilitat de fer mesures contínues, ja que no incorporen elements fluídics que dirigeixin la suor cap a les zones de detecció.
Un dels principals desafiaments d’aquest treball és la capacitat del sensor per realitzar mesures contínues de biomarcadors durant més d’una hora. Com destaca Cecilia Jiménez, investigadora de l’IMB-CNM i coordinadora de WeCare, “fins ara no s’han descrit dispositius multiparamètrics que facin mesures en continu durant aquest temps”.
Meritxell Rovira, doctora i autora principal de l’estudi, va ser l’encarregada d’avaluar el dispositiu en atletes a l’Hospital Universitari de Lausana (CHUV). Durant el procés, “dissenyar un protocol rigorós va ser clau per obtenir informació precisa i fiable, ja que en la fisiologia de la suor intervenen milers de factors tant interns com externs a l’individu”, recalca. “Era fonamental garantir que els canvis en les concentracions de sodi i potassi estiguessin realment relacionats amb les variables estudiades. A nivell tecnològic, el repte més gran va ser garantir un flux de suor continu i en temps real sobre els sensors, per la qual cosa el sistema fluídic es va haver d’optimitzar per mantenir una velocitat de flux estable i evitar acumulacions o saturacions”, afegeix.
Els resultats van mostrar un augment progressiu en la concentració de sodi amb l’esforç i la taxa de sudoració, mentre que els nivells de potassi i pH es van mantenir constants. Les dades obtingudes es van comparar amb les mesures puntuals, també conegudes com a resultats discrets, dels dispositius comercials, demostrant una bona concordança entre ambdós conjunts de dades i, per tant, corroborant l’eficàcia del sensor per monitorar en temps real els biomarcadors de sodi, potassi i pH. L’equip també va observar una bona concordança entre les dades de temperatura i el flux de suor amb la variació de biomarcadors mesurats amb el dispositiu.
La recerca s’ha dut a terme en el marc del projecte WeCare, dins del Programa Sinergia, finançat per la Swiss National Science Foundation (SNSF). El seu objectiu era avaluar el rendiment d’aquest dispositiu portàtil durant la pràctica d’exercici mitjançant la monitorització contínua de biomarcadors en la suor, centrant-se a millorar el diagnòstic de l’estat d’un atleta durant la pràctica esportiva.
Sabela Rey, Comunicació IMB-CNM-CSIC
Dispositiu multiparamètric / IMB-CNM-CSIC.