Biosensori elettrochimici per il monitoraggio dell'affaticamento muscolare durante l'esercizio fisico : analisi dello stato dell'arte

Negli ultimi anni si è assistito a un enorme sviluppo di tecnologie innovative per la fabbricazione di sensori miniaturizzati, flessibili e integrabili su substrati non convenzionali (e.g. plastica, tessuto) all’interno di dispositivi portabili e/o indossabili. Tra le svariate applicazioni possibili, una crescente attenzione è stata rivolta alla possibilità di integrare tali sensori in dispositivi indossabili per il monitoraggio di biomarcatori chimici legati all’affaticamento muscolare. In questo contesto, la tesi sarà dedicata a presentare una panoramica delle principali tipologie di biosensori elettrochimici per il monitoraggio dell'affaticamento muscolare, focalizzandosi in particolare sui più promettenti per un monitoraggio real-time e non invasivo. Per consentire una comprensione dei meccanismi fisiologici di base, la prima parte della tesi sarà dedicata ad una introduzione sulla fisiologia dell'affaticamento del muscolo scheletrico, in seguito ad esercizio fisico, con particolare attenzione ai meccanismi metabolici e ai potenziali biomarcatori coinvolti. Successivamente, l’attenzione verrà spostata sui principali analiti rilevabili nel sudore, in quanto biofluido principale analizzabile in modo non invasivo. Tali analiti saranno analizzati suddivisi in tre macrocategorie: elettroliti, metaboliti e proteine. In base al tipo di biomarcatore da rilevare, verranno quindi analizzati i biosensori elettrochimici più adatti: sensori potenziometrici per gli ioni, con particolare attenzione alla struttura e alla composizione degli elettrodi (WE e RE); sensori amperometrici per metaboliti, dai più classici enzimatici ai non enzimatici; sensori per proteine, distinti principalmente in base al metodo di trasduzione in label-free, label-based e a transistor. Una volta chiariti i principi di trasduzione, l’ultima parte della tesi sarà dedicata a presentare i principali design indossabili, implementabili a partire dai biosensori, che consentono un monitoraggio continuo durante l’esercizio fisico e che, in questo modo, potrebbero permettere evidenti progressi nella medicina dello sport e nelle prestazioni dei singoli atleti.