DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-44751-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38245507
تاريخ النشر: 2024-01-20
المؤلف: Bowen Zhong وآخرون
الموضوع الرئيسي: مواد الاستشعار المتقدمة وجمع الطاقة
طرق
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون المحاكاة الحاسوبية للتحقيق في التفاعلات الجزيئية، باستخدام حزمة البرمجيات Gaussian 16 لجميع الحسابات الكيميائية الكمومية. تم تحسين الهياكل الهندسية للجزيء المستهدف، الفينيل ألانين (Phe)، بالإضافة إلى المركبات قبل البلمرة، باستخدام نظرية الوظيفة الكثافة (DFT) مع الوظيفة الهجينة B3LYP. بالإضافة إلى ذلك، تم تطبيق تصحيح التشتت D3 من Grimme، الذي يتضمن تخفيف Becke-Johnson، لتعزيز دقة المحاكاة. يمكن العثور على مزيد من التفاصيل حول الطرق الحاسوبية في الملاحظة التكميلية 2.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ليست بسبب الصدفة العشوائية.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن التدخل أو العلاج المطبق أدى إلى تحسينات قابلة للقياس في المتغيرات التابعة، كما يتضح من أحجام التأثير الملحوظة. تمثل الرسوم البيانية، مثل المخططات أو الرسوم البيانية، هذه النتائج، مما يوفر ملخصًا بصريًا واضحًا للاتجاهات والعلاقات المحددة في البيانات. بشكل عام، تدعم النتائج الفرضيات الأولية وتساهم في الفهم الأوسع للموضوع.
مناقشة
تقدم الدراسة شريحة حيوية مبتكرة قابلة للارتداء مصممة للكشف متعدد الأبعاد عن تركيزات الفينيل ألانين (Phe) والكلوريد في العرق، بالإضافة إلى مقاييس فقدان العرق مثل الحجم والمعدل. في قلب هذا النظام يوجد بوليمر مطبوع جزيئيًا (MIP) مُصمم على شكل الفينيل ألانين يعمل كبديل للإنزيم، مما يسهل الأكسدة الكهروكيميائية المباشرة لـ Phe بحساسية وانتقائية عالية. تدمج الشريحة الحيوية وحدة ميكروفلويدية متطورة، مصنوعة من خلال تقنيات النقش بالليزر القابلة للتوسع، مما يضمن استقرار العازلة pH، وسرعة أخذ عينات العرق، ورؤية تدفق العرق. يسمح هذا التصميم بالمراقبة المستمرة والموثوقة لمستويات Phe أثناء التمرين، مما يوفر رؤى قيمة حول الحالة الأيضية والاحتياجات الغذائية المحتملة.
تشير النتائج إلى وجود ارتباط سلبي معتدل بين معدل العرق وتركيز Phe، مما يشير إلى أن تقسيم Phe في العرق يتأثر بتأثيرات الانتشار والتخفيف. تحدد الدراسة أيضًا معدل إفراز Phe في العرق كمؤشر موثوق لتقييم المخاطر الأيضية المرتبطة بالتمرين، مع ملاحظات اختلافات كبيرة بين الأفراد بناءً على مؤشر كتلة الجسم (BMI). علاوة على ذلك، تظهر الشريحة الحيوية ارتباطات قوية بين مستويات Phe في العرق والمصل، خاصة عندما يتم تطبيع تركيزات العرق إلى معدلات الإفراز، مما يبرز إمكاناتها للإدارة الغذائية غير الغازية. بشكل عام، تؤكد هذه الدراسة على قدرة الشريحة الحيوية على المراقبة الصحية في الوقت الحقيقي وآثارها على استراتيجيات الرعاية الصحية الشخصية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-44751-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38245507
Publication Date: 2024-01-20
Author(s): Bowen Zhong et al.
Primary Topic: Advanced Sensor and Energy Harvesting Materials
Methods
In this study, the authors employed computational simulations to investigate molecular interactions, utilizing the Gaussian 16 software package for all quantum-chemical calculations. The geometric structures of the target molecule, phenylalanine (Phe), along with the pre-polymerization complexes, were optimized using Density Functional Theory (DFT) with the B3LYP hybrid functional. Additionally, Grimme’s D3 dispersion correction, incorporating Becke-Johnson damping, was applied to enhance the accuracy of the simulations. Further details regarding the computational methods can be found in Supplementary Note 2.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting that the results are not due to random chance.
Additionally, the results demonstrate that the intervention or treatment applied led to measurable improvements in the dependent variables, as evidenced by the observed effect sizes. Graphical representations, such as plots or charts, illustrate these findings, providing a clear visual summary of the trends and relationships identified in the data. Overall, the results support the initial hypotheses and contribute to the broader understanding of the topic.
Discussion
The research presents an innovative wearable biochip designed for the multimodal detection of sweat phenylalanine (Phe) and chloride concentrations, as well as sweat loss metrics such as volume and rate. Central to this system is a phenylalanine-imprinted molecularly imprinted polymer (MIP) that functions as an enzyme mimic, facilitating direct electrocatalytic oxidation of Phe with high sensitivity and selectivity. The biochip integrates a sophisticated microfluidic module, fabricated through scalable laser-engraving techniques, which ensures stable pH buffering, rapid sweat sampling, and visualization of sweat flow. This design allows for continuous and reliable monitoring of Phe levels during exercise, providing valuable insights into metabolic status and potential dietary needs.
The findings indicate a moderately negative correlation between sweat rate and Phe concentration, suggesting that Phe partitioning into sweat is influenced by diffusion and dilution effects. The study also identifies a sweat Phe secretion rate as a reliable indicator for assessing exercise-related metabolic risks, with significant differences observed between individuals based on body mass index (BMI). Furthermore, the biochip demonstrates strong correlations between sweat and serum Phe levels, particularly when sweat concentrations are normalized to secretion rates, highlighting its potential for non-invasive dietary management. Overall, this research underscores the biochip’s capability for real-time health monitoring and its implications for personalized healthcare strategies.