汗液在皮肤上 贴在皮肤上的传感器 利用汗液检测血糖

2018-07-29 - 汗液

得克萨斯大学达拉斯分校的研究人员设计了一种可穿戴的柔性生物传感器,它能够可靠地检测汗液中的葡萄糖水平。

这项研究最近发表在Sensors and Actuators B: Chemical上,作者是得克萨斯大学达拉斯分校(UT Dallas)工程和计算机科学系教授Shalini Prasad等人。她和同事证明,他们设计的生物传感器能够可靠地检测汗液中的葡萄糖水平。

汗液在皮肤上 贴在皮肤上的传感器 利用汗液检测血糖
汗液在皮肤上 贴在皮肤上的传感器 利用汗液检测血糖

这个团队此前已经证明,他们的设备能够检测汗液中的皮质醇。

但是对于那些糖尿病人以及有糖尿病风险的人群来说,血糖的自我监控对于疾病控制来说是非常关键的。

Prasad 教授表示,“追踪心率和步数的健身追踪器现在很热门,但是可穿戴的、非侵入式的生物传感器对于疾病的管理来说很有好处。”

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一般的家用血糖检测仪需要用户采一点血样,一般是通过针扎手指的方式,而且一天之内要测几次。而这款用布料制成的新型传感器能够检测皮肤上少量汗液中的葡萄糖含量。

 “我们的传感器的工作原理与血糖测试条中一样,依靠的是同样的化学和酶反应,” Prasad表示,“但是在我们的设计中,我们考虑到了手表、腕表或者和皮肤紧贴的设备附近的汗液量比较少的问题。”

汗液在皮肤上 贴在皮肤上的传感器 利用汗液检测血糖
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Pradsad表示,研究汗液的研究人员通常采用一种叫做离子电渗疗法的方法,这种方法能够为皮肤通电,让皮肤产生足够检测用的汗液。但是,因为这种方法可能会让皮肤红肿烫伤,所以他们必须要采用别的方法来检测少量的汗液。

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他们的设计所用的汗液还不到1微升,相当于一个食盐晶格那么大的液体含量。

这种技术同时还能提供实时的数字反馈。

Prasad和生物工程学的博士生Rujuta Munje是这篇文章的主要作者。他们在血糖传感器中采用了一种市面上能买到的聚合物织物,并用洁净室设施来建造设备中的电子元件。成品原型机是一种小巧、柔性的棒状装置,大概2.54厘米长。

汗液在皮肤上 贴在皮肤上的传感器 利用汗液检测血糖

 “在我们的设计中,我们利用了织物本身的性质和编织方式,” Prasad表示,“我们的创新在于我们将电极整合到织物中的方式和放置的位置。用我们的方式,少量的汗液也能有效地扩散到整个设备的表面上。”

Prasad表示,一般的血糖测试条还包括一种能够放大化学反应信号的分子,使监控仪能够记录到电信号。但是如果这种仪器紧贴皮肤佩戴,那么这种分子可能会对皮肤有刺激作用,这就成为另一个需要攻克的难题。

为了保证少量的汗液就能产生足够强的信号,Prasad和Munje改变了织物材料表面的拓扑结构。

 “我们进行的修改让这种材料能够束缚葡萄糖氧化酶分子,这种分子可以有效地放大葡萄糖信号,”Prasad表示,“我们这样操作是为了它的商业化考虑。想要让它面世的话,制造过程不能太复杂。”

Prasad和Munje还能用这个设备来解释一个人一天中汗液化学性质的变化。

 “葡萄糖一种难于监控的分子,因为有其他因素会干扰信号,”Prasad表示,“比如汗液的pH值,或者说酸度会因环境而发生剧烈的变化。”

她注意到,当人们运动或者压力很大时,他们汗液中其他化合物(如皮质醇和乳酸)的水平也会发生改变,这会影响葡萄糖的检测。

她说,“我们已经发现,通过我们的技术能够解决三大关键性的问题:较小的汗液量、其他化合物的干扰,以及pH值的波动。”

Prasad和Munje采用志愿者的汗液样本对原型机进行了测试。

虽然用该技术制造的产品可能无法在近期内面世,但是这款概念性的产品在设计时充分考虑到了商业和大规模生产所需的因素。

 “目前,我们打算把它设计成日抛型产品。我们相信它可以很容易地被集成到现有的消费型电子产品平台上,”Prasad表示,“我们对这种技术获得上市许可的可能性感到非常激动。”

有些研究者还在研究了是否能在其他体液——比如尿液和泪液中检测葡萄糖。如果可行,那将进一步减少侵入性采血设备的需求。比如,谷歌正在研制一种智能隐形眼镜,用来测量泪液中的葡萄糖水平。

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