A wearable electrochemical biosensor for the monitoring of metabolites and nutrients

生物传感器 营养物 可穿戴计算机 化学 生物化学 计算机科学 嵌入式系统 有机化学
作者
Minqiang Wang,Yiran Yang,Jihong Min,Yu Song,Jiaobing Tu,Daniel Mukasa,Cui Ye,Changhao Xu,Nicole Heflin,Jeannine S. McCune,Tzung K. Hsiai,Zhaoping Li,Wei Gao
出处
期刊:Nature Biomedical Engineering [Nature Portfolio]
卷期号:6 (11): 1225-1235 被引量:479
标识
DOI:10.1038/s41551-022-00916-z
摘要

Wearable non-invasive biosensors for the continuous monitoring of metabolites in sweat can detect a few analytes at sufficiently high concentrations, typically during vigorous exercise so as to generate sufficient quantity of the biofluid. Here we report the design and performance of a wearable electrochemical biosensor for the continuous analysis, in sweat during physical exercise and at rest, of trace levels of multiple metabolites and nutrients, including all essential amino acids and vitamins. The biosensor consists of graphene electrodes that can be repeatedly regenerated in situ, functionalized with metabolite-specific antibody-like molecularly imprinted polymers and redox-active reporter nanoparticles, and integrated with modules for iontophoresis-based sweat induction, microfluidic sweat sampling, signal processing and calibration, and wireless communication. In volunteers, the biosensor enabled the real-time monitoring of the intake of amino acids and their levels during physical exercise, as well as the assessment of the risk of metabolic syndrome (by correlating amino acid levels in serum and sweat). The monitoring of metabolites for the early identification of abnormal health conditions could facilitate applications in precision nutrition.
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