综述:用于汗液分析的可穿戴和柔性电化学传感器

发布时间:2023-01-13 作者:无锡微视传感科技有限公司 点击次数:772

内容概要:

       理想的医疗保健系统应该能够在患者疾病发作前提供健康状况监测和治疗。当患者出现不正常的健康状况时,系统能够检测并解决问题。目前,患者通常是在出现明显症状以后开始就医,然后接受专科医生的被动治疗和监测。因此,迫切需要一种能够帮助患者在无需昂贵设备或专业人员参与的情况下对自己进行健康监测的方法,以便及早发现并及时管理疾病。

      随着医疗诊断技术的发展,可穿戴生物传感器技术持续开拓,它为当前面临的医疗问题提供了创新的解决方案。可穿戴生物传感器能够在与被采样生物流体直接接触的同时,通过对生物流体中生化标志物的动态、无创测量,提供连续、实时的生理信息,而不会给佩戴者带来不适。

      近些年,可穿戴电子设备发展迅速,它们已经可以准确测量心率、体温和血压等生命体征,反映并监测用户的健康状况。然而,这些生物物理参数缺乏关于人体动态生化和代谢过程的直接信息。生物流体(如汗液、眼泪、唾液或组织液)作为分析物备受关注,因为它们易于采样,有潜力通过了解人体更深层次的生物分子状态提供连续、实时的生理信息。

      与其它生物流体相比,汗液中含有丰富的分析物,可以传达人体的生理信息,并与血液水平密切相关,在可穿戴传感方面具有巨大优势。可穿戴汗液监测平台能够在汗液产生的位置收集并分析汗液,从而实现自主、连续、实时的感知。汗液的原位定量分析,对于监测生理健康状况和诊断疾病具有十分重要的意义。

      自2013年首次提出用于实时分析汗液乳酸的可穿戴汗液传感器以来,后续很多研究已经实现了对汗液中电解质、代谢产物、药物、微量元素等信息的监测。荧光传感和比色法等光学方法以及电化学传感方法,已经应用于汗液分析物的检测。电化学传感是一种常见且成熟的汗液分析方法,广泛应用于可穿戴传感器,凭借其高性能、便携性、简单性和低成本而主导了临床诊断应用。

      近来持续的技术发展,推动了可穿戴电化学汗液传感器的日益成熟。能够同时检测多种分析物的完全集成的多路传感系统,提高了汗液传感器的实用性,为大规模临床和生理研究提供了通用的可穿戴平台。

      离子电渗疗法的应用,使得久坐场景下的主动排汗成为可能,从而满足疾病诊断和健康监测的要求。微流控技术的集成克服了许多影响数据完整性和汗液收集的问题,同时大大改善了样本传递,从而提高了汗液分析物测量的时间分辨率和准确性。

      在可穿戴供能系统方面,集成能量收集和存储器件的自供电可穿戴传感器,有助于高效、可持续自主可穿戴系统的设计和运行。这些传感器将生成大量的时序数据,可以通过大数据技术进行分析,从而推动医疗个性化和智能化时代的到来。

      据麦姆斯咨询介绍,中国科学院、中国科学院大学和首都医科大学的一支联合研究团队近日在Microsystems & Nanoengineering上发表了一篇题为“Wearable and flexible electrochemical sensors for sweat analysis: a review”的文章,综述了可穿戴电化学汗液传感器的最新进展。

      首先,研究人员总结了利用可穿戴传感器监测汗液的优势,详细介绍了汗液中反映人体生理信息的各种分析物,并给出了汗液刺激和收集的方法。

微流控汗液传感器示例

      然后,研究人员展示了可穿戴电化学汗液传感器的组件。对于传感元件,需要考量为不同分析物选择合适的传感模式和电化学检测方法。对于电子元件,除了实现信号处理和无线数据传输等功能外,还需要强调供电方法的优化。

不同材料制成的可穿戴汗液传感器示例

自供电传感器示例

      进而,研究人员详细介绍了一些典型的传感器件,它们在针对不同分析物的可穿戴电化学汗液传感器的发展史上具有重要意义。


用于检测代谢物和电解质的可穿戴电化学汗液传感器发展史

      最后,研究人员阐明了可穿戴电化学汗液传感器在生物医学传感领域具有的巨大优势和潜力,总结了可穿戴汗液传感器未来面临的挑战和可能的发展方向。具体来说包括:进一步开发综合、多功能汗液分析;提高汗液样本的可靠性;开发更高效的能量收集和存储器件;检测汗液中的低浓度分析物;改善久坐环境中的汗液刺激和收集方法。

论文链接:

出自:MEMS公众号

 


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