新型可穿戴传感器使连续分析汗液成为可能

与眼泪、唾液和尿液等生物液体相比，汗液因其方便的体外采样方式可快速反映身体状况而成为连续、无创生物标记物检测的理想选择。尽管汗液传感设备潜力巨大，但在实时汗液采样方面仍面临挑战，需要一个高灵敏度、高选择性和长期稳定的传感平台。此外，生物传感器的读数往往会受到汗液pH值、盐度、温度和其他因素变化的影响。人体汗液的盐度（10-100 毫米）和pH值，会随着运动和环境条件的变化而变化，从而影响生物标志物的测量。

对汗液的连续监测可以揭示有关人体健康的宝贵信息，例如体内的葡萄糖水平。然而，宾夕法尼亚州立大学的研究人员表示，以前为此目的开发的可穿戴传感器一直存在不足，无法承受连续监测所需的严苛条件或实现特异性。现在，该研究小组创造出了一种新型可穿戴贴片，或许可以胜任这一任务。

研究人员在《先进功能材料》杂志上报告说，该装置采用激光改性石墨烯纳米复合材料制成，可连续三周检测汗液中的特定葡萄糖水平，同时监测体温和pH值。“汗液是实时、连续和无创生物标记物检测的理想选择。”该项目主要研究人员宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学副教授Huanyu Cheng这样表示。

显示微流体非酶法汗液分析贴片的设计、结构和应用的示意图：A）该贴片的鸟瞰图和B）剖视图，该贴片集成了葡萄糖/pH和温度双重传感器以及基于PEG-PDMS薄层的微流体网络，通过皮肤粘合层与皮肤连接；C）功能化双葡萄糖/pH和温度传感器的工作原理；D）人体手臂上的可穿戴贴片照片

但是，汗液中生物标记物浓度水平较低，加上pH值、盐度和温度等其他因素的变化，使得以前的汗液生物传感器的检测能力和准确性都达到了极限。这种设备能够考虑到这种可变性，同时以所需的特异性连续数周测量葡萄糖。

Cheng和他的同事们从之前的传感器研究和其他研究人员的工作中认识到，激光诱导石墨烯（LIG）电极——用激光划线一步就能制成的纳米材料制作的电极——可以为开发更有效的可穿戴汗液传感器提供一个很好的起点。Cheng说，尽管LIG电极对葡萄糖的灵敏度较低，而且用于必要电化学反应的表面积有限，但它制造简单、价格低廉且灵活。

研究人员报告说，他们在纳米尺度上使用简单的激光处理方法，在多孔LIG电极上创建了一个稳定的高导电性贵金属合金，金、银以及碳基纳米复合材料的三维网络。贵金属不仅导电性强且耐氧化。通过简单的激光处理加热金银合金纳米复合材料，这种材料还能防止团聚。这是一种常见现象，即纳米粒子凝聚成团，限制了材料的表面积。

宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发出一种新型可穿戴传感器，可在数周内监测汗液中的葡萄糖水平

论文第一作者、博士后学者Farnaz Lorestani说：“改性LIG电极表面的葡萄糖会在较低电位下氧化。这种氧化作用会产生可测量的电流或电位变化，这种变化与溶液中葡萄糖的总体浓度成正比。随着时间的推移，我们还看到了更高的稳定性，经过激光处理的传感器在三周内只损失了9%的灵敏度，而未经激光处理的传感器则损失了20%的灵敏度。”

研究人员表示，除了测量葡萄糖，改良的LIG电极还能对pH值的变化做出反应。为了制造这种可穿戴设备，他们将葡萄糖和pH值双传感器与另一个基于LIG的温度传感器和一个带有线圈状微流体通道的可拉伸层结合在一起，以持续收集和输送汗液样本。

Cheng说，该设备可以根据运动和进食等活动引起的汗液pH值和体温波动，校准葡萄糖测量值。它是一个贴片，宽度大约是邮票的两倍，用胶带贴在皮肤上，可以将收集到的数据无线传到电脑或移动设备上，进行实时监测和分析。

Cheng谈到：我们的研究成果是一种传感器，它具有显著的灵敏度和稳定性，可在数周内监测血糖水平。这是一种低成本平台，可在不同条件下提供方便、准确和持续的汗液分析，在个人和人群健康、个性化医疗和精准营养方面具有巨大潜力。

来源：荣格-《 国际工业激光商情》

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