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穿戴式微流传感器可实时测量乳酸浓度

随着小型化和材料科学领域似乎不可阻挡的进步,各种电子设备应运而生,以帮助我们过上更轻松,更健康的生活。穿戴式传感器属于此类,近来它们作为实时监测人的健康的有用工具受到了广泛关注。许多这样的传感器通过量化生物标记物,即反映人的健康状况的可测量指示剂来进行操作。广泛使用的生物标志物是心率和体温,可以相对轻松地对其进行连续监测。相反,体液(例如血液,唾液和汗液)中的化学生物标记物对可穿戴式传感器的量化更具挑战性。

例如,乳酸在组织中不存在氧气的情况下在葡萄糖分解过程中产生,是血液和汗液中都存在的重要生物标志物,它反映了体育锻炼的强度以及肌肉的氧合。在运动过程中,需要能量的肌肉会迅速耗尽氧气,然后回到另一条新陈代谢途径,以积累乳酸的“成本”提供能量,这会引起疼痛和疲劳。乳酸然后被释放到血液中,并且一部分通过汗液被消除。这意味着可穿戴式化学传感器可以测量汗液中乳酸的浓度,以实时显示运动强度或肌肉状况。

尽管已经提出了可测量乳酸的可穿戴式传感器,但是大多数传感器都是由可引起皮肤刺激的材料组成。为了解决这个问题,日本的一个科学家团队最近进行了一项研究,为我们提供了一种更加舒适实用的传感器。他们的工作发表在《电子化学学报》上,由日本东京科学大学纯粹与应用化学系的Shitanda Isao副教授,Mitsumoto Masaya先生和Noya Loew博士领导。

该团队首先关注他们将在传感器中采用的传感机制。大多数乳酸生物传感器是通过将乳酸氧化酶(一种酶)和适当的介体固定在电极上制成的。涉及乳酸氧化酶,介体和游离乳酸的化学反应会导致电极之间产生可测量的电流,该电流与乳酸的浓度大致成比例。

这里一个棘手的方面是如何将酶和介体固定在电极上。为此,科学家采用了一种称为“电子束诱导的接枝聚合”的方法,通过该方法,功能分子与可以自发结合酶的碳基材料结合。然后,研究人员将这种材料变成了可用于印刷电极的液体墨水。正如Shitanda博士所言,最后一部分是传感器未来商业化的重要方面,“我们的传感器的制造与丝网印刷兼容,丝网印刷是一种可按比例放大的轻巧,柔性电极的出色制造方法。进行批量生产。”

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