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

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素等重要化合物。目前，可穿戴汗液傳感器面臨酶修飾不穩定、采樣效率低、系統供電焦慮等挑戰。 近日，上海交通大學電氣與電子工程學院王侃副教授團隊設計開發了一種基于手指驅動的柔性可穿戴傳感系統，旨在實現人體汗液和體溫的多功能無創檢測。

研究人員開展了一系列優化研究和在體試驗，實現了人體汗液中左旋多巴、維生素C和體溫的快速檢測分析，具有重要的應用前景。相關研究成果以“Finger-actuated wireless-charging wearable multifunctional sweat-sensing system for levodopa and vitamin C”為題發表在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示意圖

研究人員開發的可穿戴傳感系統由六個主要組件組成：微流控通道、吸收墊、電化學傳感電極、粘合層（醫用膠帶）、柔性印刷電路板和智能手機應用程序。微流控通道結合了特斯拉閥和自驅動泵，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，而自驅動泵使系統采樣效率更高，無需外部驅動泵。微流控通道的疏水性導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。

基于金屬有機框架（MOF）材料制備電化學傳感電極，提高了傳感器酶的穩定性并改善了傳感器的電化學響應。此外，研究人員設計并制造了具有無線充電和無線數據傳輸功能的緊湊型柔性印刷電路板。此外，開發的智能手機APP取代了配備電化學工作站的電腦，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。與商用電化學工作站相比，自主研發的無線可充電柔性傳感系統在保證可比的檢測性能的同時，具有便攜、成本低、操作簡單等優點。離體和在體實驗的結果證實，所開發的系統能夠更好地定量檢測汗液中的目標分析物。



圖3（a）靈活汗液傳感系統的身體應用；（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

上海交通大學電子信息與電氣工程學院碩士生寧啟紅、第九人民醫院副主任醫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基金（No.32171373）、國家自然科學基金國際合作與交流項目（No.82020108017）、上海市自然科學基金（No.23ZR141450 0）和醫學工程交叉項目的資助上海交通大學。

論文鏈接：

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

審核編輯：劉清