Diseño y fabricación de electrodos de grafeno inducido por láser (LIG) para el monitoreo de hidratación en orina, basado en la espectroscopia de impedancia electroquímica

Abstract

La deshidratación se define como la deficiencia de agua corporal cuando la eliminación de líquidos supera la ingesta, lo que provoca una disminución en el proceso cognitivo y rendimiento físico, resultados de salud negativos como fatiga, infecciones y dolor de cabeza. Anualmente, se tiene un alto número de admisiones hospitalarias relacionadas a problemas de hidratación y el hecho de contar con un estado de deshidratación al ser ingresado por cualquier tipo de afección aumenta la morbilidad y mortalidad afectando el curso de la enfermedad y provocando estadías más largas. Por estas razones, el monitoreo de la hidratación es importante para personas de todas las edades, sin embargo, se hace más importante al envejecer ya que la sensación de sed, que usualmente es la razón principal por la que se consume agua, va disminuyendo. En este trabajo de investigación se diseñó y fabricó un electrodo de grafeno inducido por láser (LIG) para el monitoreo de hidratación en orina sintética, basado en la espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS). Para esto, se utilizó el kit de evaluación EVAL AD5940ELCZ, realizando el monitoreo de la magnitud de la impedancia correspondiente al nivel de concentración de cloruro de sodio agregado en soluciones de PBS y orina artificial. El electrodo se empleó para realizar mediciones de diferentes concentraciones de NaCl en las soluciones, y se usaron algoritmos de machine learning para interpretar los datos obtenidos y crear un modelo capaz de estimar la concentración de NaCl añadido. De esta manera, se obtuvo una raíz de error cuadrático medio (RMSE) de 0.035 para el modelo realizado con soluciones de PBS y 0.20 para el modelo basado en orina artificial, además de un coeficiente de determinación (R2 ) de 0.98 y 0.63, respectivamente.

Dehydration is defined as body water deficiency when fluid elimination exceeds intake, which causes a decrease in cognitive process and physical performance, negative health outcomes such as fatigue, infections and headache. A high number of hospital admissions related to hydration problems occur annually, and having a state of dehydration when admitted for any type of condition increases morbidity and mortality, affecting the course of the disease and causing longer hospital stays. For these reasons, hydration monitoring is important for people of all ages, however, it becomes more important as we age since the sensation of thirst, which is usually the main reason for consuming water, decreases. In this research work, a laser-induced graphene electrode (LIG) was designed and fabricated for hydration monitoring in synthetic urine, based on electrochemical impedance spectroscopy (EIS). For this, the EVAL-AD5940ELCZ evaluation kit was used, monitoring the impedance magnitude corresponding to the level of sodium chloride concentration added in PBS and artificial urine solutions. The electrode was used to perform measurements of different NaCl concentrations in the solutions, and machine learning algorithms were used to interpret the data obtained and create a model capable of estimating the concentration of added NaCl.