基于氧化鋅的可穿戴傳感器可更好地檢測人體尿酸水平

更快、更準確地檢測尿酸水平可以更好地診斷、治療和預測人體多種生理和心理狀況。

據麥姆斯咨詢報道，近日，美國普渡大學（Purdue University）工程學院的研究人員開發了一種非侵入式醫療器械，以使人體某些生理和心理狀況的和治療更及時、更準確。

普渡大學工業工程系副教授Wenzhuo Wu表示，對人體汗液中的尿酸（UA）水平進行長期非侵入式地反復監測，可以使包括焦慮癥和高血壓在內的多種疾病的診斷、治療和預后達到前所未有的水平。

Wenzhuo Wu教授說：“我們團隊已經開發了新型非侵入式可穿戴傳感器，能夠監測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的尿酸水平檢測傳感器更便宜的材料?！?/p>

該項研究工作以“Flexible piezo-electrocatalytic uric acid sensor”為題發表在同行評審期刊Nano Energy上。

尿酸對人體的影響

Wenzhuo Wu教授說，尿酸是人體內嘌呤代謝的終產物。會誘發免疫反應進而出現炎癥，也是人體的一種警報。

Wenzhuo Wu教授表示：“尿酸濃度的變化可預示如痛風、高尿酸血癥和高血壓等生理疾病，同時也可預示如焦慮和抑郁等心理狀況。最近的研究報告表明，與異常尿酸水平相關的生理疾病影響了全球約1%~4%的人口，每年的醫療支出超過200億美元。與異常尿酸水平相關的心理狀況影響了美國8.74%的人口，每年相關醫療費用達337億美元?！?/p>

傳統尿酸監測的弊端

Wenzhuo Wu教授表示：“雖然目前已經建立了用于代謝和營養控制的臨床措施來檢測血液中的尿酸水平。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間延遲是主要障礙，特別是對于個性化的遠程治療，如預防突發疾病和及時的營養控制。監測汗液樣本中的尿酸水平具有非侵入的優勢，并能提供實時結果?！?/p>

Wenzhuo Wu教授繼續說道：“當前用于檢測汗液中尿酸水平的可穿戴傳感器有一些局限性，例如復雜的制造工藝、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異的檢測限。此外，持續監測要求尿酸傳感器與人體皮膚密切接觸，這對傳感器的可穿戴性提出了更高的要求?！?/p>

普渡大學開發的EPICS傳感器

Wenzhuo Wu教授和他的團隊已經開發出EPICS傳感器，這是一款柔性非侵入式可穿戴傳感器，可以監測人體汗液中的尿酸。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活性高的材料。

Wenzhuo Wu教授說：“我們的設計可利用通常被浪費的機械能（例如來自人體的機械能），進行高性能、非侵入式尿酸水平的檢測?；镜膲弘婋姶呋硪部梢詳U展到具有催化性能的其它壓電材料，以在生物醫學、制藥和農業領域實現高性能傳感?！?/p>

自2021年夏季以來，Wenzhuo Wu教授和他的團隊一直在普渡大學多功能實驗室（Purdue University Flex Lab）測試EPICS傳感器。他說，測試結果表明，EPICS在性能上超過了傳統的尿酸傳感器。

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

Wenzhuo Wu教授及其研究團隊將進行更多的測試，以驗證EPICS傳感器在人體監測應用方面的性能及隨時間變化的可靠性。