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Epidermal Enzymatic Biosensors for Sweat Vitamin C: Toward Personalized Nutrition.
ACS Sensors ( IF 8.9 ) Pub Date : 2020-05-04 , DOI: 10.1021/acssensors.0c00604 Juliane R Sempionatto 1 , Ahmed A Khorshed 1 , Aftab Ahmed 1 , Andre N De Loyola E Silva 1 , Abbas Barfidokht 1 , Lu Yin 1 , K Yugender Goud 1 , Mona A Mohamed 1 , Eileen Bailey 2 , Jennifer May 2 , Claude Aebischer 2 , Claire Chatelle 2 , Joseph Wang 1
ACS Sensors ( IF 8.9 ) Pub Date : 2020-05-04 , DOI: 10.1021/acssensors.0c00604 Juliane R Sempionatto 1 , Ahmed A Khorshed 1 , Aftab Ahmed 1 , Andre N De Loyola E Silva 1 , Abbas Barfidokht 1 , Lu Yin 1 , K Yugender Goud 1 , Mona A Mohamed 1 , Eileen Bailey 2 , Jennifer May 2 , Claude Aebischer 2 , Claire Chatelle 2 , Joseph Wang 1
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Recent advances in wearable sensor technologies offer new opportunities for improving dietary adherence. However, despite their tremendous promise, the potential of wearable chemical sensors for guiding personalized nutrition solutions has not been reported. Herein, we present an epidermal biosensor aimed at following the dynamics of sweat vitamin C after the intake of vitamin C pills and fruit juices. Such skin-worn noninvasive electrochemical detection of sweat vitamin C has been realized by immobilizing the enzyme ascorbate oxidase (AAOx) on flexible printable tattoo electrodes and monitoring changes in the vitamin C level through changes in the reduction current of the oxygen cosubstrate. The flexible vitamin C tattoo patch was fabricated on a polyurethane substrate and combined with a localized iontophoretic sweat stimulation system along with amperometric cathodic detection of the oxygen depletion during the enzymatic reaction. The enzyme biosensor offers a highly selective response compared to the common direct (nonenzymatic) voltammetric measurements, with no effect on electroactive interfering species such as uric acid or acetaminophen. Temporal vitamin C profiles in sweat are demonstrated using different subjects taking varying amounts of commercial vitamin C pills or vitamin C-rich beverages. The dynamic rise and fall of such vitamin C sweat levels is thus demonstrated with no interference from other sweat constituents. Differences in such dynamics among the individual subjects indicate the potential of the epidermal biosensor for personalized nutrition solutions. The flexible tattoo patch displayed mechanical resiliency to multiple stretching and bending deformations. In addition, the AAOx biosensor is shown to be useful as a disposable strip for the rapid in vitro detection of vitamin C in untreated raw saliva and tears following pill or juice intake. These results demonstrate the potential of wearable chemical sensors for noninvasive nutrition status assessments and tracking of nutrient uptake toward detecting and correcting nutritional deficiencies, assessing adherence to vitamin intake, and supporting dietary behavior change.
中文翻译:
汗液维生素C的表皮酶生物传感器:走向个性化营养。
可穿戴传感器技术的最新进展为改善饮食依从性提供了新机会。然而,尽管其前景广阔,但尚未报道可穿戴式化学传感器在指导个性化营养解决方案方面的潜力。本文中,我们提出了一种表皮生物传感器,旨在追踪摄入维生素C药丸和果汁后汗液中维生素C的动态。通过将抗坏血酸氧化酶(AAOx)固定在柔性可打印纹身电极上,并通过氧共底物还原电流的变化来监测维生素C水平的变化,已经实现了汗液中维生素C的这种皮肤磨损无创电化学检测。柔性的维生素C纹身贴片是在聚氨酯基材上制成的,并与局部离子电渗疗法的汗液刺激系统结合,并在酶促反应过程中对氧耗竭进行安培阴极检测。与普通的直接(非酶)伏安法测量相比,酶生物传感器提供了高度选择性的响应,而对诸如尿酸或对乙酰氨基酚等电活性干扰物质没有影响。使用不同的受试者服用不同量的商业维生素C药丸或富含维生素C的饮料可证明汗液中的时间维生素C状况。因此证明了这种维生素C汗液含量的动态上升和下降,且不受其他汗液成分的干扰。个体受试者之间这种动力学的差异表明表皮生物传感器用于个性化营养解决方案的潜力。柔性纹身贴片显示出对多种拉伸和弯曲变形的机械弹性。此外,AAOx生物传感器显示出可作为一次性试纸,用于在体外快速检测未经处理的生唾液和药片或果汁摄入后的眼泪中的维生素C。这些结果证明了可穿戴式化学传感器在无创营养状态评估和跟踪养分吸收方面的潜力,可用于检测和纠正营养不足,评估对维生素摄入的依从性以及支持饮食行为改变。柔性纹身贴片显示出对多种拉伸和弯曲变形的机械弹性。此外,AAOx生物传感器显示出可作为一次性试纸,用于在体外快速检测未经处理的生唾液和药片或果汁摄入后的眼泪中的维生素C。这些结果证明了可穿戴式化学传感器在无创营养状态评估和跟踪养分吸收方面的潜力,可用于检测和纠正营养不足,评估对维生素摄入的依从性以及支持饮食行为改变。柔性纹身贴片显示出对多种拉伸和弯曲变形的机械弹性。此外,AAOx生物传感器显示出可作为一次性试纸,用于在体外快速检测未经处理的生唾液和药片或果汁摄入后的眼泪中的维生素C。这些结果证明了可穿戴式化学传感器在无创营养状态评估和跟踪养分吸收方面的潜力,可用于检测和纠正营养不足,评估对维生素摄入的依从性以及支持饮食行为改变。
更新日期:2020-06-26
中文翻译:
汗液维生素C的表皮酶生物传感器:走向个性化营养。
可穿戴传感器技术的最新进展为改善饮食依从性提供了新机会。然而,尽管其前景广阔,但尚未报道可穿戴式化学传感器在指导个性化营养解决方案方面的潜力。本文中,我们提出了一种表皮生物传感器,旨在追踪摄入维生素C药丸和果汁后汗液中维生素C的动态。通过将抗坏血酸氧化酶(AAOx)固定在柔性可打印纹身电极上,并通过氧共底物还原电流的变化来监测维生素C水平的变化,已经实现了汗液中维生素C的这种皮肤磨损无创电化学检测。柔性的维生素C纹身贴片是在聚氨酯基材上制成的,并与局部离子电渗疗法的汗液刺激系统结合,并在酶促反应过程中对氧耗竭进行安培阴极检测。与普通的直接(非酶)伏安法测量相比,酶生物传感器提供了高度选择性的响应,而对诸如尿酸或对乙酰氨基酚等电活性干扰物质没有影响。使用不同的受试者服用不同量的商业维生素C药丸或富含维生素C的饮料可证明汗液中的时间维生素C状况。因此证明了这种维生素C汗液含量的动态上升和下降,且不受其他汗液成分的干扰。个体受试者之间这种动力学的差异表明表皮生物传感器用于个性化营养解决方案的潜力。柔性纹身贴片显示出对多种拉伸和弯曲变形的机械弹性。此外,AAOx生物传感器显示出可作为一次性试纸,用于在体外快速检测未经处理的生唾液和药片或果汁摄入后的眼泪中的维生素C。这些结果证明了可穿戴式化学传感器在无创营养状态评估和跟踪养分吸收方面的潜力,可用于检测和纠正营养不足,评估对维生素摄入的依从性以及支持饮食行为改变。柔性纹身贴片显示出对多种拉伸和弯曲变形的机械弹性。此外,AAOx生物传感器显示出可作为一次性试纸,用于在体外快速检测未经处理的生唾液和药片或果汁摄入后的眼泪中的维生素C。这些结果证明了可穿戴式化学传感器在无创营养状态评估和跟踪养分吸收方面的潜力,可用于检测和纠正营养不足,评估对维生素摄入的依从性以及支持饮食行为改变。柔性纹身贴片显示出对多种拉伸和弯曲变形的机械弹性。此外,AAOx生物传感器显示出可作为一次性试纸,用于在体外快速检测未经处理的生唾液和药片或果汁摄入后的眼泪中的维生素C。这些结果证明了可穿戴式化学传感器在无创营养状态评估和跟踪养分吸收方面的潜力,可用于检测和纠正营养不足,评估对维生素摄入的依从性以及支持饮食行为改变。