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            生物傳感器中的汗液傳感器的應用

            時間:2021-03-17 點擊次數:

            通常使用的汗液傳感器是可穿戴的彈性汗液傳感器,它可以檢測多種汗液分析方法。穿著式彈性汗液傳感器的選擇取決于分析物和相應的應用,如疾病檢測或監測身體狀況。目前,隨著傳感器制造技術的發展,多傳感器可嵌入在一個靈活的系統中,并可與信號處理電路集成。另外,無線數據傳輸模塊與先進的汗液傳感器的結合,可以實現汗液分析物的實時分析,也可以實現數據的無線傳輸。

            流汗是正常成人汗腺在不同溫度下產生微量液體的一種機制。流汗是汗腺作用的產物,從皮膚表面很容易獲得,并且含有大量的包括電解質(如鉀離子和鈉離子)和代謝產物(如葡萄糖和乳酸)在內的生化數據。汗是一種非常重要的生物流體,因為與血液等其他生物流體相比,汗液可通過無創技術收集。

            至今為止,基于泄殖腺的汗液感測仍是一個被忽視的研究領域,尤其是對可穿戴的感測。但是,通過集成了汗液刺激的傳感器,現在可以進行持續汗液采樣。由于采用了多重感應陣列,汗液感應已經成為一種可穿戴的感應裝置,它被設計用來從汗液中收集生理數據。

            普通汗液分析儀

            通常,汗液生物傳感器會分析電解質,如氯化物、鉀和鈉,以分析汗液在醫療和其他方面的用途。雖然我們知道鈉分析物是一種很好的電解質不平衡的生物標記物,但是沒有資料表明汗液中的鈉與血液有關。即便如此,汗液鈉最近還是被用于將汗液的局部濃度與電解質流失和全身體液聯系起來。汗與血液的聯系還有待證實,汗液中的氯化物也被證明在囊性纖維化的檢測中有價值。

            尿和乳酸也是大量分析物,但是血和汗之間并沒有明顯的相關性。由于出汗產生更多的乳酸,因此難以確定汗液乳酸與血乳酸水平之間的聯系。雖然目前乳酸汗液還不能與全身環境相關聯,但是它至少可以與全身環境中汗腺的運動水平相關聯。汗中的尿素水平與腎功能異常監測相關,感染患者皮膚出現白結皮。最近,可穿戴的彈性汗液傳感器也顯示出它可以測量出汗液中乙醇和鈣的含量。

            汗感應器的類型

            為了進行生理意義上的測量和進行其他研究,人們已經設計了很多基于汗液的獨特生物傳感器。本文詳細介紹了電化學汗液傳感器、離子選擇性電極汗液傳感器、可穿戴汗液傳感器的工作原理。

            電化學汗液傳感器通常包括三到四個電極,它們是在柔性襯底上制成的。這種電極叫做陰極,參考電極,對電極和工作電極。參考電極具有一個恒定和確定的電勢,因此可作為半電池來確定第二個半電池的電勢,或者作為工作電極。參考電極一般由銀/氯化銀組成,其電壓范圍在0.20V到0.25V之間。

            離子式電極傳感器是一種能將某些離子行為(例如,在液體中溶解)轉化為可讀信號的裝置。利用電化學方程式(Euroster方程式),可以把電壓和選定離子行為的對數聯系起來,用直接電勢方法來實現選擇。除用離子選擇電極作為工作電極外,參考電極也是必要的。有三種主要的離子選擇電極結構:液體薄膜(流動的離子交換)、固態薄膜(固定的離子交換:例如晶體和玻璃)和特殊電極薄膜(如感應氣體)。

            佩戴式汗液傳感器廣泛地分為柔性和非柔性兩種。為了收集來自汗液的生理數據,應該將可穿戴的汗液傳感器放置在靠近皮膚的地方,以便進行理想的體內處理和檢查,同時仍然可以保持復雜的使用狀態,而且仍然適合穿戴。在分析中,可穿戴的柔性傳感器被選用來與人體皮膚進行非平面接觸。

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