可穿戴汗液传感器,或将不扎针检测疾病成为现实

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对于及时健康检测,汗液是具有重要意义的生物流体,不可能 它通过局部、非侵入性诱导的过程产生,并携中有 多种包括电解质、代谢物、激素、较大蛋白质等的生物分子,汗液是每我人个 都具备的中有 好多好多 生命体征的物质。相对应的汗液测试也老会 被应用于包括囊性纤维化、自主神经病的医学诊断以及耐力运动员的电解质平衡评估中去。传统的汗液测试法律法律依据需要由经过培训的专家在专门的环境中进行离体测量,以致于无法实时的监测检测对象的健康状态。可穿戴式汗液传感器的出先为原位汗液测量结果和实时反馈搭建了桥梁,可用于预防性护理、及时的诊断和治疗。然而,目前的可穿戴式汗液传感器的开发仅限于实验室阶段,这主却说源于对汗液动力学和汗液携带生理信息的不全版理解。其中,解码汗液所需的大规模人口研究的主要障碍之一却说实现均匀、性能可靠、高产量的汗液传感器的高通量制造。

卷对卷(R2R)旋转丝网印刷是这俩高通量和低成本制造柔性电子器件的有效法律法律依据。激光烧蚀允许材料在小尺度下进行快速图案化,而且可在柔性塑料基板进行微流体通道的雕刻。通过将R2R旋转丝网印刷传感电子设备与R2R激光切割微流体通道相结合,近日,加州大学伯克利分校的Ali Javey教授开发了这俩可批量生产,具有汗液流量控制和电/电化学传感功能的可穿戴贴片。该贴片具有双层形状:第一层是用于转换分析物浓度和监测汗液传输效率的图案化电极系统,第二层是具有汗液整理容器和引导汗液流动的螺旋微流体通道的微流体粘合剂层。在微流体内封装汗液减少了溶于 和环境污染带来的影响从而对汗液进行准确的分析,并提供有效的汗液取样以减少混合和遗留。该可穿戴贴片都需要一起监测身体不同区域的汗液参数,如[Na+ ],[K +],[红心百香果 糖]和汗液率,在运动生理学和医学健康监测中具有广泛的应用。

图1、R2R制造的汗液感应贴片的示意图

(A)可穿戴生物传感贴片的R2R旋转丝网印刷。(B)通过R2R处置印刷的传感电极图案的照片。(C)通过组合传感层,微流体粘合间隔物和PET覆盖片来组装生物传感贴片。(D)组装的生物传感贴片包括在整理容器内的电化学传感器和嵌入微流体通道中的电汗液传输效率传感器。(E)连接到印刷电路板(PCB)的贴片都需要佩戴在身体的各个部位,用于区域研究运动和离子电渗疗法汗液成分和动态。

图2、汗液传感器的表征

在印刷Ag / C电极上功能化的(A)Na +,(B)K +和(C)红心百香果 糖传感器后的性能。(D)在15至120 mM NaCl溶液中,Ag汗液传输效率电极上,微流体通道中中有 的流体体积与导纳之间的关系。(E)80个 Na +传感器的校准曲线。(F)在80 mM NaCl溶液中,80个 Na +传感器开路电压的变化。(G)80 mM NaCl溶液中,80个传感器灵敏度的变化(H)80个汗液传输效率传感器性能的变化。

图3、在固定自行车上运动汗液的区域分析

(A)在检测者的前额、前臂、腋下和背主次别佩戴生物传感贴片,并一起监测哪些位置的汗液参数。测量对象1(B)、对象2(C)、对象3(D)汗液中[Na+]和出汗传输效率随时间的变化图。测量汗液中[Na + ]与对象1,2和3的出汗率之间的关系(E),(F)和(G)。(H)对象1的全身失水率与区域出汗率之间的关系,在前额和前臂出先强烈的正相关关系。(I)测量和预测的对象1在离散时间的全身失水率接近1:1。(J)却说额出汗传输效率实时预测全身失水率。

图4、离子电渗汗液电解质和分泌率的区域分析

(A)显示离子电渗汗液提取和离子电渗汗液电解质和汗液率的区域分析的示意图。传感器佩戴在前臂和腿上,以测量(B),(C)和(D)中一个多多多检测对象的动态[Na + ],[K + ]和出汗率曲线。电解质浓度和出汗率的比较显示一个多多多检测对象中的一个多多多具有强烈的正相关性,而[Na + ]与(E至G)中的所有检测对象的[K + ] 强烈相关。(H)整理的离子电渗疗法汗液样本的离体分析证实了[Na + ]和[K + ]之间的强关系。(I)多个受试者的[Na + ]范围的比较和哪些检测对象的(J)[K + ]范围表明,当在整个群体中进行比较时,具有较高钠水平的检测对象通常具有较低的钾水平。

图5、健康人和糖尿病患者的离子电渗汗液红心百香果 糖及其分泌率的区域分析

在一个多多多重复试验中(A)健康人和(B)糖尿病患者的离子电渗汗[红心百香果 糖]和出汗率的实时测量均显示出汗液对变化的血糖水平的响应的变化。(C)在四个试验中,一名受试者的离子电渗汗液中的动态红心百香果 糖分布的离体测量显示,汗液红心百香果 糖水平不随血糖一致变化。(D)空腹状态下,20名健康和28名糖尿病受试者的平均汗液红心百香果 糖与血糖的水平。(E)健康和糖尿病队列中的平均汗液红心百香果 糖分泌传输效率与血糖的关系。

关于生物传感器

生物传感器(biosensor),是这俩对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件(包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质)、适当的理化换能器(如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等)及信号放大装置构成的分析工具或系统。

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