一種印制在微生物納米纖維素上的穿戴式傳感器

巴西圣保羅大學(xué)（University of So Paulo）的研究人員與圣保羅州立大學(xué)（So Paulo State University）、阿拉拉夸拉大學(xué)（University of Araraquara）、坎皮納斯州立大學(xué)（University of Campinas，UNICAMP）及巴西國(guó)家納米技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（Brazilian National Nanotechnology Laboratory）等研究同仁合作，共同開發(fā)制作出一種印制在微生物納米纖維素上的穿戴式傳感器。這款皮膚附著式傳感器是打印在塑料表面上的傳統(tǒng)傳感器的改進(jìn)替代品。它可以使用在非侵入性檢測(cè)領(lǐng)域，并監(jiān)測(cè)汗液中存在的體液。

這項(xiàng)研究由Osvaldo Novais de Oliveira Junior帶領(lǐng)，并由巴西圣保羅研究支持基金會(huì)（FAPESP）通過由生物聚合物制成并用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的印刷及植入式生物傳感器、用于生物標(biāo)記檢測(cè)的納米結(jié)構(gòu)柔性組件的設(shè)計(jì)和制造和開發(fā)基于可同時(shí)檢測(cè)細(xì)菌威脅的電子舌分析工具等項(xiàng)目，以及多用戶設(shè)備補(bǔ)助金提供支持。

這篇以“附著在人體皮膚上的微生物納米纖維素用于電化學(xué)傳感器以檢測(cè)汗液中的金屬離子和生物標(biāo)記”為題的文章已發(fā)表在《Talanta》期刊上。

“微生物納米纖維素是一種100%的天然高分子/聚合物。它是由糖中的細(xì)菌產(chǎn)生的。與塑料相比，它的主要優(yōu)點(diǎn)是提供了與人體皮膚之間更好的介接性與服貼性。在其他應(yīng)用中，它已在傷口涂劑的實(shí)際醫(yī)用市場(chǎng)上使用多年，用于傷口敷料以及其他應(yīng)用，但它從未作為電化學(xué)傳感器基板而進(jìn)行過研究，”該論文共同第一作者Robson Rosa da Silva表示。

置于塑料基板上的穿戴式傳感器常會(huì)出現(xiàn)的問題是，汗水會(huì)在皮膚和傳感器之間形成屏障，不但會(huì)阻礙檢測(cè)，并且會(huì)造成過敏。Silva指出：“納米纖維素是完全透氣的，這使得汗水可以到達(dá)電極的活性層?！?/p>

這個(gè)傳感器是一個(gè)長(zhǎng)1.5厘米、寬0.5厘米的小巧矩形貼片，就和一張衛(wèi)生紙一樣薄。它可以檢測(cè)多種生物標(biāo)記，例如鈉、鉀、尿酸、乳酸和葡萄糖等。Silva說道，“這些元素或物質(zhì)會(huì)在血液中循環(huán)，也可以在汗液中被檢測(cè)到。因此，糖尿病監(jiān)測(cè)會(huì)是這款納米纖維素傳感器的可行性應(yīng)用之一。另一種應(yīng)用就是通過檢測(cè)雌二醇來控制女性荷爾蒙?！?/p>

該組件還可用于檢測(cè)存在于生物體中的大氣污染物。他進(jìn)一步表示：“作為概念證明，我們將這個(gè)傳感器暴露于低含量的有毒金屬（例如鉛和鎘）中，結(jié)果呈現(xiàn)陽(yáng)性?！?/p>

這個(gè)傳感組件是使用半自動(dòng)絲網(wǎng)印刷和具有高濃度碳顆粒的涂劑印刷在微生物納米纖維素基板上。由于碳具備良好的導(dǎo)電性，所以成為首選。該論文另一位共同第一作者Paulo Augusto Raymundo Pereira解釋道，“化學(xué)氧化還原反應(yīng)能產(chǎn)生出可測(cè)量目標(biāo)代謝物濃度的電信號(hào)，這個(gè)傳感器會(huì)與恒電位儀相連，恒電位儀會(huì)憑借電流的變化進(jìn)行電化學(xué)測(cè)量。測(cè)量到的數(shù)據(jù)會(huì)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)曲線?！备鶕?jù) Pereira 的說法，設(shè)計(jì)傳感器與數(shù)據(jù)測(cè)量/讀取組件之間的無(wú)線通信并不困難。

目前研究人員正在研究使用傳感器來使用藥物，并致力于研究使其商業(yè)化的可行方法。在可生物分解基板（納米纖維素及洋蔥薄膜）上制作用于醫(yī)療、食品及農(nóng)產(chǎn)加工應(yīng)用的絲網(wǎng)印刷電極項(xiàng)目的第一階段由Biosmart Nanotechnology公司主導(dǎo)，并獲得FAPESP“小型企業(yè)創(chuàng)新研究”（Innovative Research in Small Business，PIPE）計(jì)劃的支持。