用于人体汗液和体温多功能检测的可穿戴微流控汗液传感系统

除了葡萄糖和离子化合物等常见代谢物外，汗液还含有药物和营养素等重要化合物。目前，可穿戴汗液传感器面临酶修饰不稳定、采样效率低、系统供电焦虑等挑战。 近日，上海交通大学电气与电子工程学院王侃副教授团队设计开发了一种基于手指驱动的柔性可穿戴传感系统，旨在实现人体汗液和体温的多功能无创检测。

研究人员开展了一系列优化研究和在体试验，实现了人体汗液中左旋多巴、维生素C和体温的快速检测分析，具有重要的应用前景。相关研究成果以“Finger-actuated wireless-charging wearable multifunctional sweat-sensing system for levodopa and vitamin C”为题发表在Nano Research期刊上。



图1 手指无线充电可穿戴多功能汗液传感系统示意图

研究人员开发的可穿戴传感系统由六个主要组件组成：微流控通道、吸收垫、电化学传感电极、粘合层（医用胶带）、柔性印刷电路板和智能手机应用程序。微流控通道结合了特斯拉阀和自驱动泵，用于收集汗液并将其从人体皮肤表面输送到传感电极层。特斯拉阀具有防止汗液回流的功能，而自驱动泵使系统采样效率更高，无需外部驱动泵。微流控通道的疏水性导致流入储液器的汗液分布不均匀。因此，吸收垫用于吸收和传输汗液。此外，这些吸收垫可以有效过滤掉油和油脂等干扰物。

基于金属有机框架（MOF）材料制备电化学传感电极，提高了传感器酶的稳定性并改善了传感器的电化学响应。此外，研究人员设计并制造了具有无线充电和无线数据传输功能的紧凑型柔性印刷电路板。此外，开发的智能手机APP取代了配备电化学工作站的电脑，不仅更加方便，也更好地满足了用户的个性化管理需求。



图2 （a）自驱动微流控芯片示意图；（b）左旋多巴传感器和维生素C传感器的原理；（c）ZIF-8/GO的SEM图像；（d）ZIF-8/GO@酪氨酸酶的SEM图像 这种可穿戴多功能汗液传感系统通过手指按压即可轻松获取新鲜汗液，多余的旧汗液可按需排出。与商用电化学工作站相比，自主研发的无线可充电柔性传感系统在保证可比的检测性能的同时，具有便携、成本低、操作简单等优点。离体和在体实验的结果证实，所开发的系统能够更好地定量检测汗液中的目标分析物。



图3（a）灵活汗液传感系统的身体应用；（b）五名志愿者饭后汗液左旋多巴浓度的变化；（c）五名志愿者饭后汗液中维生素C浓度的变化