可穿戴的灵活汗液生物传感器使用激光诱导的石墨烯和聚合物带微流体
Nate T Garland1, Jacob Schmieder1, Zachary T Johnson1
1Department of Mechanical Engineering, Iowa State University, Ames, Iowa 50011, United States.
ACS applied materials & interfaces
|August 1, 2023
概括
新的可穿戴生物传感器使用激光诱导的石墨烯 (LIG) 和微流体进行实时的汗水分析. 这项技术可以持续监测葡萄糖,乳酸盐和,以改善健康诊断和运动表现.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 传感器技术 传感器技术
- 分析化学 分析化学
背景情况:
- 可穿戴生物传感器为汗水中的实时化学测量提供了潜力,有助于医疗诊断和运动表现.
- 目前的汗水传感技术面临着可扩展性,微流体集成性和防止传感器不准确性从生物污染和重复使用方面的挑战.
- 迫切需要低成本,一次性可穿戴传感器与集成的微流体进行可靠的汗水分析.
研究的目的:
- 开发和验证一种新的可穿戴生物传感器系统,将激光诱导石墨烯 (LIG) 与软带聚合物微流体集成在一起.
- 为了能够同时量化关键的汗水代谢物 (葡萄糖,乳酸盐) 和电解质 () 以供水和疲劳监测.
- 评估传感器在模拟和真实世界的身体条件下的性能,用于个性化诊断应用.
主要方法:
- 用葡萄糖氧化酶和乳酸氧化酶功能化的基于LIG的电极的制造,用于代谢物检测.
- 开发具有离子选择性膜的LIG电极,用于电解质测量.
- 将LIG传感器与软带聚合物微流体集成,用于控制的汗液样本输送和分析.
- 在模拟出汗的皮肤微流体系统和在多个受试者的自行车试验中对身体进行测试.
主要成果:
- 在生理汗水度范围内,LIG电极对葡萄糖 (0-1毫米范围) 和乳酸 (0-32毫米范围) 显示出高灵敏度和选择性.
- 离子选择性LIG电极表现出Nernstian灵敏度 (58.8mV十年-1) 和在生理汗液范围 (10-100mM) 的线性反应.
- 集成的LIG微流体系统成功地在模拟和实体测试中实时,连续测量了汗液中的分析物.
结论:
- LIG传感器和微流体的融合为可靠和连续的汗水分析提供了一个可行的平台.
- 这项技术对开发个性化的可穿戴诊断工具,用于监测水分,疲劳和整体健康,具有重大前景.
- 开发的传感器的低成本,一次性使用性解决了当前可穿戴汗水传感技术的关键局限性.
