基于氧化鋅的可穿戴傳感器可更好地檢測(cè)人體尿酸水平

更快、更準(zhǔn)確地檢測(cè)尿酸水平可以更好地診斷、治療和預(yù)測(cè)人體多種生理和心理狀況。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，美國(guó)普渡大學(xué)（Purdue University）工程學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種非侵入式醫(yī)療器械，以使人體某些生理和心理狀況的和治療更及時(shí)、更準(zhǔn)確。

普渡大學(xué)工業(yè)工程系副教授Wenzhuo Wu表示，對(duì)人體汗液中的尿酸（UA）水平進(jìn)行長(zhǎng)期非侵入式地反復(fù)監(jiān)測(cè)，可以使包括焦慮癥和高血壓在內(nèi)的多種疾病的診斷、治療和預(yù)后達(dá)到前所未有的水平。

Wenzhuo Wu教授說：“我們團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)了新型非侵入式可穿戴傳感器，能夠監(jiān)測(cè)人體汗液中的尿酸水平。該新型傳感器被命名為EPICS，目前正在申請(qǐng)專利，其具有更高的靈敏度和更好的可穿戴性，并且該傳感器選用比傳統(tǒng)的尿酸水平檢測(cè)傳感器更便宜的材料?！?/p>

該項(xiàng)研究工作以“Flexible piezo-electrocatalytic uric acid sensor”為題發(fā)表在同行評(píng)審期刊Nano Energy上。

尿酸對(duì)人體的影響

Wenzhuo Wu教授說，尿酸是人體內(nèi)嘌呤代謝的終產(chǎn)物。會(huì)誘發(fā)免疫反應(yīng)進(jìn)而出現(xiàn)炎癥，也是人體的一種警報(bào)。

Wenzhuo Wu教授表示：“尿酸濃度的變化可預(yù)示如痛風(fēng)、高尿酸血癥和高血壓等生理疾病，同時(shí)也可預(yù)示如焦慮和抑郁等心理狀況。最近的研究報(bào)告表明，與異常尿酸水平相關(guān)的生理疾病影響了全球約1%~4%的人口，每年的醫(yī)療支出超過200億美元。與異常尿酸水平相關(guān)的心理狀況影響了美國(guó)8.74%的人口，每年相關(guān)醫(yī)療費(fèi)用達(dá)337億美元。”

傳統(tǒng)尿酸監(jiān)測(cè)的弊端

Wenzhuo Wu教授表示：“雖然目前已經(jīng)建立了用于代謝和營(yíng)養(yǎng)控制的臨床措施來檢測(cè)血液中的尿酸水平。但是，這些措施也有弊端。采集人體血液的侵入性以及樣本采集與分析之間的時(shí)間延遲是主要障礙，特別是對(duì)于個(gè)性化的遠(yuǎn)程治療，如預(yù)防突發(fā)疾病和及時(shí)的營(yíng)養(yǎng)控制。監(jiān)測(cè)汗液樣本中的尿酸水平具有非侵入的優(yōu)勢(shì)，并能提供實(shí)時(shí)結(jié)果。”

Wenzhuo Wu教授繼續(xù)說道：“當(dāng)前用于檢測(cè)汗液中尿酸水平的可穿戴傳感器有一些局限性，例如復(fù)雜的制造工藝、精密的儀器、昂貴的原料和不令人滿意的性能。健康人體汗液中的尿酸水平明顯低于血液中的尿酸水平。這意味著傳感器必須有優(yōu)異的檢測(cè)限。此外，持續(xù)監(jiān)測(cè)要求尿酸傳感器與人體皮膚密切接觸，這對(duì)傳感器的可穿戴性提出了更高的要求。”

普渡大學(xué)開發(fā)的EPICS傳感器

Wenzhuo Wu教授和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)出EPICS傳感器，這是一款柔性非侵入式可穿戴傳感器，可以監(jiān)測(cè)人體汗液中的尿酸。這款傳感器是用氧化鋅制作的，氧化鋅是一種無毒、生物相容性良好且電化學(xué)活性高的材料。

Wenzhuo Wu教授說：“我們的設(shè)計(jì)可利用通常被浪費(fèi)的機(jī)械能（例如來自人體的機(jī)械能），進(jìn)行高性能、非侵入式尿酸水平的檢測(cè)?；镜膲弘婋姶呋硪部梢詳U(kuò)展到具有催化性能的其它壓電材料，以在生物醫(yī)學(xué)、制藥和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高性能傳感?！?/p>

自2021年夏季以來，Wenzhuo Wu教授和他的團(tuán)隊(duì)一直在普渡大學(xué)多功能實(shí)驗(yàn)室（Purdue University Flex Lab）測(cè)試EPICS傳感器。他說，測(cè)試結(jié)果表明，EPICS在性能上超過了傳統(tǒng)的尿酸傳感器。

Wenzhuo Wu教授表示：“我們證明了EPICS傳感器在機(jī)械變形的氧化鋅納米棒表面的尿酸電化學(xué)氧化過程中，通過壓電電催化提高了小的壓縮應(yīng)變，使尿酸傳感性能增強(qiáng)了四倍。與所有已報(bào)道的柔性電化學(xué)尿酸傳感器相比，EPICS傳感器表現(xiàn)出優(yōu)異的靈敏度和檢測(cè)限?！?/p>

Wenzhuo Wu教授及其研究團(tuán)隊(duì)將進(jìn)行更多的測(cè)試，以驗(yàn)證EPICS傳感器在人體監(jiān)測(cè)應(yīng)用方面的性能及隨時(shí)間變化的可靠性。