据麦姆斯咨询报道，近日，韩国科学技术研究院（Korea Institute of Science and Technology）和汉阳大学（Hanyang University）的研究人员联合开发了一种具有“尖峰”汗液清除功能的表皮式微流控（Epidermal Microfluidics，Epifluidics）电子贴片，其使用一个包含垂直汗液收集通道的传感器，用于事件驱动的高能效、长期的表皮排汗无线监测。这种汗液传感器在通道内壁上含有纳米网状电极和独特的汗液清除结构。在排汗过程中，垂直汗液收集通道的反复填充和迅速排空会产生电尖峰模式，在宽动态范围和长时间内（>8 h），排汗率和离子电导率与尖峰频率和振幅成比例。通过这种“尖峰”排汗清除和相应的电子尖峰模式，表皮式微流控无线贴片在运动过程中以事件驱动的方式成功解码不同皮肤位置的表皮排汗动态，消耗的能量不到连续数据传输所需能量的0.6%。研究人员所开发的贴片可以集成各种皮肤传感器和新兴的边缘计算技术，以实现节能、智能的数字医疗。
监测表皮排汗由于其在健身和医疗应用中的巨大潜力而引起了越来越多的兴趣。为了实现表皮排汗的长期监测，需要对汗液传感平台进行两项重大改进：增加运行时间和设计节能的无线表皮贴片。首先，现有系统的有限运行时间通常源于汗液传感器的有限体积以及分析过程中先前收集的汗液和新分泌的汗液之间的混合。第二项需要重大改进涉及到确保长期无线传感器功能所需的能耗和数据存储。尽管在用户便利性和数字医疗所需的便捷应用方面，无线监测是非常理想的，但是实时、连续数据的传输会导致巨大的能源成本，并产生大量冗余数据。因此，期望设计一种事件驱动的无线监控方案，其仅在相关事件发生时传输数据，同时提供所测量的健康标志相关信号的最基本特征。
基于此，研究人员开发了一种具有“尖峰”汗液清除功能的表皮式微流控电子贴片，并证明了其能够实现事件驱动的表皮排汗动态的无线监测。为此，研究人员首先开发了一种传感器，它包含一个开放的截锥形垂直汗液通道，其内壁上有一对纳米网状电极，通道顶部有一个汗液清除结构，用于迅速排空传感器中的汗液。类似于印刷电路板（PCB）的垂直互连通道（VIA），研究人员将该器件命名为汗液VIA传感器。汗液VIA传感器排空汗液会产生导纳的急剧变化，并且新分泌的汗液在排汗过程中会被收集，而不会与旧汗液混合，这使得传感器能够产生一系列尖峰信号，其频率和振幅分别与排汗率和离子电导率成正比。
汗液VIA传感器的结构和工作原理以及事件驱动的表皮排汗无线监测
研究人员进一步开发了基于汗液VIA的表皮式微流控无线贴片，该贴片在排汗引起的尖峰事件时传输峰值数据，并证明了其在100分钟的剧烈运动期间以事件驱动的方式解码不同皮肤位置的表皮排汗的能力。与连续监测相比，事件驱动监测可以显著降低无线数据传输所需的能量，并且仍然提供关于表皮排汗的相关信息。更重要的是，尖峰事件驱动的监测方案仅使用连续监测的无线数据传输数据量的约0.57%（胸部中央）和0.27%（胸部右侧）就成功地解码了表皮排汗。
基于汗液VIA的表皮式微流控无线贴片
事件驱动的表皮排汗无线监测的身体研究
简而言之，研究人员使用汗液VIA传感器开发了一种具有“尖峰”排汗功能的表皮式微流控无线贴片，该传感器在暴露于汗液时产生尖峰模式。研究人员演示了使用这些尖峰进行长期、事件驱动的表皮排汗无线监测的编码和解码过程。具有纳米网状侧壁电极和汗液清除海绵层的汗液VIA传感器能够实现填充和排空VIA通道的循环。人类参与者的试验表明，基于汗液VIA的表皮式微流控无线贴片可以长时间工作，并可以大量排汗（>30 μL）。由事件驱动的无线读数成功地解码了运动期间不同皮肤区域的表皮排汗。通过这种事件驱动和长时间的运行，所开发的汗液VIA传感器可以用于检测急性疾病或健康状况的先兆症状，如夜间低血糖性休克和心脏病发作。此外，汗液VIA传感器可以进一步与需要长时间运行的其他类型皮肤传感器集成，并与新兴的计算技术相结合，以实现节能、智能的数字医疗。
论文信息：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-34442-y
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