用于人體汗液和體溫多功能檢測的可穿戴微流控汗液傳感系統(tǒng)

除了葡萄糖和離子化合物等常見代謝物外，汗液還含有藥物和營養(yǎng)素等重要化合物。目前，可穿戴汗液傳感器面臨酶修飾不穩(wěn)定、采樣效率低、系統(tǒng)供電焦慮等挑戰(zhàn)。 近日，上海交通大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院王侃副教授團(tuán)隊設(shè)計開發(fā)了一種基于手指驅(qū)動的柔性可穿戴傳感系統(tǒng)，旨在實現(xiàn)人體汗液和體溫的多功能無創(chuàng)檢測。

研究人員開展了一系列優(yōu)化研究和在體試驗，實現(xiàn)了人體汗液中左旋多巴、維生素C和體溫的快速檢測分析，具有重要的應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果以“Finger-actuated wireless-charging wearable multifunctional sweat-sensing system for levodopa and vitamin C”為題發(fā)表在Nano Research期刊上。



圖1 手指無線充電可穿戴多功能汗液傳感系統(tǒng)示意圖

研究人員開發(fā)的可穿戴傳感系統(tǒng)由六個主要組件組成：微流控通道、吸收墊、電化學(xué)傳感電極、粘合層（醫(yī)用膠帶）、柔性印刷電路板和智能手機(jī)應(yīng)用程序。微流控通道結(jié)合了特斯拉閥和自驅(qū)動泵，用于收集汗液并將其從人體皮膚表面輸送到傳感電極層。特斯拉閥具有防止汗液回流的功能，而自驅(qū)動泵使系統(tǒng)采樣效率更高，無需外部驅(qū)動泵。微流控通道的疏水性導(dǎo)致流入儲液器的汗液分布不均勻。因此，吸收墊用于吸收和傳輸汗液。此外，這些吸收墊可以有效過濾掉油和油脂等干擾物。

基于金屬有機(jī)框架（MOF）材料制備電化學(xué)傳感電極，提高了傳感器酶的穩(wěn)定性并改善了傳感器的電化學(xué)響應(yīng)。此外，研究人員設(shè)計并制造了具有無線充電和無線數(shù)據(jù)傳輸功能的緊湊型柔性印刷電路板。此外，開發(fā)的智能手機(jī)APP取代了配備電化學(xué)工作站的電腦，不僅更加方便，也更好地滿足了用戶的個性化管理需求。



圖2 （a）自驅(qū)動微流控芯片示意圖；（b）左旋多巴傳感器和維生素C傳感器的原理；（c）ZIF-8/GO的SEM圖像；（d）ZIF-8/GO@酪氨酸酶的SEM圖像 這種可穿戴多功能汗液傳感系統(tǒng)通過手指按壓即可輕松獲取新鮮汗液，多余的舊汗液可按需排出。與商用電化學(xué)工作站相比，自主研發(fā)的無線可充電柔性傳感系統(tǒng)在保證可比的檢測性能的同時，具有便攜、成本低、操作簡單等優(yōu)點。離體和在體實驗的結(jié)果證實，所開發(fā)的系統(tǒng)能夠更好地定量檢測汗液中的目標(biāo)分析物。



圖3（a）靈活汗液傳感系統(tǒng)的身體應(yīng)用；（b）五名志愿者飯后汗液左旋多巴濃度的變化；（c）五名志愿者飯后汗液中維生素C濃度的變化

上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院碩士生寧啟紅、第九人民醫(yī)院副主任醫(yī)師馮少清為該論文的共同第一作者，王侃副教授為該論文的共同第一作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金（No.32171373）、國家自然科學(xué)基金國際合作與交流項目（No.82020108017）、上海市自然科學(xué)基金（No.23ZR141450 0）和醫(yī)學(xué)工程交叉項目的資助上海交通大學(xué)。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1007/s12274-023-6197-6

審核編輯：劉清