人体在运动过程中会产生大量的汗液,其中含有各种分泌物,包括激素、代谢物、氨基酸和电解质(如Na+、K+、H+)等,这些物质在一定程度上可以指示人体的健康状况,为医学诊断(如囊性纤维化、皮肤病、糖尿病)提供有价值的参考。
在实时监测各种体液方面,汗液是最容易实现的,因为它很容易获得,并且可以使用离子电渗疗法或化学刺激进行非侵入式收集。
近年来,随着柔性电子技术的快速发展,基于电化学检测原理的柔性生化指标监测平台成为研究热点,实现了汗液、唾液、泪液等体液中相关指标的检测。
检测人体各项生理指标可为疾病筛查、诊断和健康管理提供重要信息。血液检测作为临床生化分析的金标准,具有准确性高的优势,但侵入性的检测方式大大降低了用户的依从性,影响了长期监测的可行性。
有创检测方式一般都是去医院抽血,如果检测结果不好,往往会吃一些药。这种方法既昂贵又费时。
柔软可穿戴技术的出现,让汗液中多参数生化指标的检测变得更加方便和舒适。通过低成本和易用的方法,可以更方便地进行健康检测,也可以根据检测结果提供营养补充。
基于微流体的汗液分析和输送系统
美国西北大学的研究人员开发出一种基于微流控技术的汗液分析和输送系统,无需去医院检测就可以检查体内的营养成分。该研究主要针对营养成分、维生素和微量离子的监测,同时也制备了用于维生素C和维生素D离子递送的药物递送贴剂。
通过简单的比色法,可以监测汗液中的营养物质,当汗液从皮肤表面通过微通道和被动阀结构时,将其收集在单个微型储存器中。当用户佩戴可与微流体系统集成的透皮贴剂时,它可以在整个佩戴期间不断地将相关物质输送到体内。通过将测量结果与传统实验室分析方法进行比较,证明了该系统的准确性和可靠性。
灵活的自持汗液传感器系统
北京航空航天大学的研究人员设计了一种无电池汗液感应系统,该系统集成了自给自足的能源供应和无线通信接口。利用压电效应将人体运动时关节的机械能转化为电能,驱动柔性电路和汗液感应贴片。无需外接电池供电即可检测汗液中的Na+、K+和pH值,并通过蓝牙通讯无线传输给用户。界面。
将柔性压电薄膜贴在手指的近端指间关节上。当手指展开时,压电薄膜中的电偶极子垂直排列在正负电极之间;当手指弯曲时,压电薄膜内部的正电荷和负电荷中心发生偏移,产生极化电荷和电场,驱动电子在外电路中流动,将机械能转化为电能。电容储存电能,驱动柔性电路对汗液检测信息进行处理,无线传输至手机。柔性汗液传感器贴片通过微通道的毛细作用力收集皮肤表面的汗液,并通过离子选择性电极将电压与汗液中Na+、K+、H+浓度的对数相关联,从而实现对汗液中特定离子和pH值的检测。监控。
水凝胶微针贴片的制备——智能纹身
西安交通大学的研究人员开发了一种由水凝胶微针贴片制成的智能纹身,可同时监测多种与健康相关的生化指标。智能纹身使用可溶解的微针贴片作为“纹身枪”,将显色剂作为“纹身墨水”释放到皮下进行检测。
微针刺入皮肤后,针尖溶解,将针尖中的检测试剂释放到真皮层,真皮层与靶点发生显色反应。由于显色剂的颜色与组织液中不同浓度的靶标发生反应,所以显示的颜色不同。因此,可以根据肉眼读取的智能纹身的颜色变化对目标物质的浓度进行定性评估,也可以通过手机摄像头捕捉颜色变化实现半定量分析。研发可同时检测四种典型慢性病相关生物标志物(pH值、葡萄糖、尿酸、体温)。
未来展望
柔性和可穿戴电子设备在无创实时人体健康监测方面具有广泛的优势。这导致对用于健康监测的非侵入式可穿戴设备的需求不断增加。
除了心电图、呼吸频率和体温等生物物理指标外,人们还对实时监测人体在汗液或唾液等易于采样的生物体液中的代谢状态感兴趣。这些代谢标志物可以提供更直接的人类健康指标信息,用于评估运动表现、临床诊断和慢性健康状况管理,包括紧急情况警报。
此外,未来的发展趋势是居家即可检测,其检测范围扩大到检测更多的微量元素、氨基酸等,实现异常范围内疾病相关生物标志物的快速检测,让患者接受更多的治疗。尽快到医院仔细检查治疗。
宇信传感生产的两款柔性叉指电极分别基于PI和PET。利用PI/PET具有可弯曲、可伸缩的特性,生产的电极可以紧密贴合人体皮肤,目前广泛应用于汗液感应检测等可穿戴传感器。
PI柔性叉指电极是一种有机高分子薄膜,不仅耐水解、耐高温、耐腐蚀,还具有良好的生物相容性和有益的绝缘性。
PET柔性叉指电极具有优异的物理性能、稳定性、透明度和可回收性。优异的机械性能,其韧性在所有热塑性塑料中最好,拉伸强度和冲击强度远高于普通薄膜,尺寸稳定。
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