可穿戴电化学传感器可监测汗液中代谢和营养物质

MEMS 2023-08-09 00:01 1211浏览 0评论 0点赞

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血液中的蛋白质生物标记物以皮摩尔级别的灵敏度进行量化需要劳动密集型的孵化和洗涤步骤。检测汗液中的蛋白质可以进行即时监测，但其成分通常存在较大的人际和个人差异，从而阻碍了这种检测。美国加州理工学院高伟教授团队研究了一种可穿戴的无线贴片，用于实时电化学检测汗液中的炎症生物标记物C反应蛋白(CRP)。该器件集成了离子导入汗液提取、用于汗液采样和试剂传递和更换的微流体通道，以及基于石墨烯的传感器阵列，用于定量CRP(通过使用抗CRP捕获抗体连接的金纳米颗粒功能化的电极)、离子强度、pH和温度，用于实时校准CRP传感器。

在慢性阻塞性肺病、活动性感染或既往感染或心力衰竭的患者中，通过贴片测量的CRP浓度升高与血清中蛋白质水平有很好的相关性。可穿戴生物传感器用于实时灵敏地分析汗液中的炎性蛋白，可能有助于慢性病的治疗。该研究以“A wireless patch for the monitoring of C-reactive protein in sweat”为题发表在《Nature Biomedical Engineering》上。

该可穿戴式传感器的关键组件是通过CO₂激光雕刻在聚酰亚胺(PI)基板上制作的具有皮肤接口、灵活性高、一次性的多路微流控生物传感器贴片，以及用于离子导入汗液感应、传感器数据采集和无线通信的柔性印刷电路板(FPCB)。该传感器阵列由固定有抗CRP捕获抗体(cAbs)的电沉积AuNP修饰的LEG工作电极、Ag/AgCl参比电极、用于汗液CRP捕获和电化学分析的腿部对电极、基于腿部的阻抗式离子强度传感器、基于LEG聚苯胺的电位式汗液pH传感器和应变不敏感的电阻石墨烯温度传感器组成。通过堆叠激光切割医用胶粘剂和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)组装了一种经济高效且灵活的微流控模块，以实现高效的汗液采样。微型FPCB紧凑地连接在微流控传感器贴片的顶部，形成完全集成的可穿戴系统。由小型板载锂电池供电，可穿戴系统能够通过蓝牙低能量(BLE)与用户界面进行无线通信。

可穿戴电化学生物传感器，用于自动、无创、无线监测炎症

由于汗液作为生物流体的可及性，本研究的可穿戴技术能够获取定量、个性化的炎症信息，并可以解决慢性炎症性疾病背景下患者和护理人员未满足的需求，特别是随着社会向分散式医疗的发展。该技术目前能够询问 CRP 的动态性，从而提供临床见解。进一步研究汗液中 CRP 响应炎症刺激和治疗启动的代谢时间线可能会进一步了解该生物标志物在临床诊断和决策中的效用。这种可穿戴方法原则上可以适用于其他痕量水平和疾病相关蛋白质生物标志物的按需评估。