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生物传感器中的汗液传感器的应用

时间:2021-03-17 点击次数:

通常使用的汗液传感器是可穿戴的弹性汗液传感器,它可以检测多种汗液分析方法。穿着式弹性汗液传感器的选择取决于分析物和相应的应用,如疾病检测或监测身体状况。目前,随着传感器制造技术的发展,多传感器可嵌入在一个灵活的系统中,并可与信号处理电路集成。另外,无线数据传输模块与先进的汗液传感器的结合,可以实现汗液分析物的实时分析,也可以实现数据的无线传输。

流汗是正常成人汗腺在不同温度下产生微量液体的一种机制。流汗是汗腺作用的产物,从皮肤表面很容易获得,并且含有大量的包括电解质(如钾离子和钠离子)和代谢产物(如葡萄糖和乳酸)在内的生化数据。汗是一种非常重要的生物流体,因为与血液等其他生物流体相比,汗液可通过无创技术收集。

至今为止,基于泄殖腺的汗液感测仍是一个被忽视的研究领域,尤其是对可穿戴的感测。但是,通过集成了汗液刺激的传感器,现在可以进行持续汗液采样。由于采用了多重感应阵列,汗液感应已经成为一种可穿戴的感应装置,它被设计用来从汗液中收集生理数据。

普通汗液分析仪

通常,汗液生物传感器会分析电解质,如氯化物、钾和钠,以分析汗液在医疗和其他方面的用途。虽然大家知道钠分析物是一种很好的电解质不平衡的生物标记物,但是没有资料表明汗液中的钠与血液有关。即便如此,汗液钠最近还是被用于将汗液的局部浓度与电解质流失和全身体液联系起来。汗与血液的联系还有待证实,汗液中的氯化物也被证明在囊性纤维化的检测中有价值。

尿和乳酸也是大量分析物,但是血和汗之间并没有明显的相关性。由于出汗产生更多的乳酸,因此难以确定汗液乳酸与血乳酸水平之间的联系。虽然目前乳酸汗液还不能与全身环境相关联,但是它至少可以与全身环境中汗腺的运动水平相关联。汗中的尿素水平与肾功能异常监测相关,感染患者皮肤出现白结皮。最近,可穿戴的弹性汗液传感器也显示出它可以测量出汗液中乙醇和钙的含量。

汗感应器的类型

为了进行生理意义上的测量和进行其他研究,人们已经设计了很多基于汗液的独特生物传感器。本文详细先容了电化学汗液传感器、离子选择性电极汗液传感器、可穿戴汗液传感器的工作原理。

电化学汗液传感器通常包括三到四个电极,它们是在柔性衬底上制成的。这种电极叫做阴极,参考电极,对电极和工作电极。参考电极具有一个恒定和确定的电势,因此可作为半电池来确定第二个半电池的电势,或者作为工作电极。参考电极一般由银/氯化银组成,其电压范围在0.20V到0.25V之间。

离子式电极传感器是一种能将某些离子行为(例如,在液体中溶解)转化为可读信号的装置。利用电化学方程式(Euroster方程式),可以把电压和选定离子行为的对数联系起来,用直接电势方法来实现选择。除用离子选择电极作为工作电极外,参考电极也是必要的。有三种主要的离子选择电极结构:液体薄膜(流动的离子交换)、固态薄膜(固定的离子交换:例如晶体和玻璃)和特殊电极薄膜(如感应气体)。

佩戴式汗液传感器广泛地分为柔性和非柔性两种。为了收集来自汗液的生理数据,应该将可穿戴的汗液传感器放置在靠近皮肤的地方,以便进行理想的体内处理和检查,同时仍然可以保持复杂的使用状态,而且仍然适合穿戴。在分析中,可穿戴的柔性传感器被选用来与人体皮肤进行非平面接触。

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