慢性肾脏病（CKD）是一种常见的健康问题，影响着大约10%的人口，尤其是老年人，对医疗资源造成了重大负担。CKD可能逐渐发展为一系列肾脏损伤，包括蛋白尿、血尿或其他异常。因此，早期诊断和监测CKD至关重要。然而，传统的CKD诊断需要通过多次血液检查来确定尿素和肌酐等血清标志物，这对患者和医疗保健提供者来说既不方便又昂贵。因此，非侵入性和快速的汗液检测方法正成为测量尿素或肌酐、实现肾功能实时监测的更好选择。据麦姆斯咨询报道，近期，香港科技大学综合系统与设计系李桂君教授课题组和上海交通大学附属仁济医院成功研发出一种经济高效的便携式汗液尿素电化学传感器，其制造过程具有高通量和自动化的优势，可实现肾功能的远程监测和即时诊断（POCT）。与传统的尿素传感器相比，这款传感器的成本更低，制备更迅速且自动化，数据的采集和读取也更方便快捷。它利用了新颖、快速、方便、高通量的激光打印技术，结合自动化模块，实现了高性能非酶尿素传感器的大规模生产。
图1 尿素传感器工作电极的自动化激光打印
激光打印是一种新兴的图案化打印技术，可以通过纳秒激光将材料从供体转移到受体，实现点对点的材料转移。该尿素传感器中的工作电极使用激光脉冲将供体层（乙酸镍层）激活为激光诱导的颗粒并沉积在柔性碳布受体上，形成均匀的镍基混合涂层。然后使用Nafion溶液固定镍基混合涂层，形成用于尿素传感的稳定工作电极。此外，尿素的POCT和远程监测需要对三电极系统和数据采集设备进行微型化。通过使用多种微型平面电路，包括光刻电路、有机电化学晶体管（OECTs）、激光诱导石墨烯（LIG）电路等，可以实现三电极系统的微型化。然而，光刻电路和OECTs的制造需要复杂的工艺流程、严格的制造环境和昂贵的仪器。相比之下，LIG电路的制造更简单、更环保、更具成本效益。另一方面，大部分报道的电化学传感器使用桌面式电化学工作站作为数据采集设备，这些设备体积庞大且昂贵。近年来，许多研究人员开始使用商用便携式电化学工作站，其体积比传统桌面电化学工作站小25到30倍。因此，研究团队基于激光打印的工作电极、LIG电路和原位合成的Ag/AgCl参比电极组装了一个小型三电极系统。随后，研究人员设计并制作了一个便携式无线微型电化学工作站。结合这些设计，便携式无线汗液尿素监测系统在人工汗液检测中表现出高灵敏度、低检测限、快速响应时间、良好的选择性、良好的平均回收率和长期稳定性。
图2 便携式尿素传感器和微型无线电化学工作站
综上所述，该研究为尿素传感系统的高通量和超快制造提供了一个通用的解决方案，为下一代肾功能监测装置和未来的可穿戴电子制造提供灵感。相关研究成果以“High-Throughput Automatic Laser Printing Strategy toward Cost-effective Portable Integrated Urea Tele-Monitoring System”为题发表在Small Methods期刊上。论文链接：
https://doi.org/10.1002/smtd.202301184
延伸阅读：
《即时诊断应用的生物传感器技术及市场-2022版》
《可穿戴技术及市场-2023版》
《石墨烯市场和二维材料评估-2022版》
