科学家开发新汗液传感器 使用“分子印记聚合物”检测更多的代谢物

2022年08月17日 08:36 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

尽管现在有一些皮肤穿戴式传感器可以识别汗液中的代谢物,但该技术在检测内容上是有限的,而且这些传感器通常不能重复使用。然而,一种新的传感器利用一种 “分子印记聚合物”,使其更加有用。

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该实验装置是由加州理工学院(Caltech)的一个团队开发的,由高伟副教授领导。

此前,高伟和他的团队创造了嵌入酶或抗体的传感器,这些酶或抗体与佩戴者汗液中的特定代谢物化学品发生反应。除其他事项外,某些此类化学品的异常高或低水平可以表明需要治疗的特定疾病。但不幸的是,这些酶只能检测到相对较少的代谢物。抗体的用途更广一些,但它们只能使用一次。

为了寻求一种性能更好的替代品,研究人员设计了一种传感器,它包含了一种聚合物薄膜,当它与汗水接触时产生电流。重要的是,在该薄膜和皮肤之间形成的一层是经过分子印记的第二种聚合物。

压印过程包括在聚合物中嵌入目标代谢物的分子,而它仍处于液体状态,允许聚合物凝固成类似橡胶的稠度,然后使用一种化学过程将分子从其中移除。所产生的是一个包含微小模塑孔的聚合物片,其大小和形状与分子完全一致。

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当汗水与该聚合物接触时--如果汗水中很少或没有代谢物--液体就会流过大部分开放的小孔,当它到达下面的其他聚合物时就会产生强烈的电流。然而,如果汗液中存在高水平的代谢物,这些分子将堵塞许多孔。这意味着没有那么多的汗液能够通过,所以会产生较弱的电流。

因此,通过监测传感器产生的电信号,可以测量佩戴者汗液中目标代谢物的浓度--汗液中的浓度通常与血液中的浓度一致。施加微弱的电流随后会破坏堵塞孔洞的分子,从而使传感器能够被重新使用。

该传感器最初确实在皮肤上施加了自己的小电流,以刺激汗液分泌。然而,由于其微流体设计只需要极少量的汗液,因此电流非常微弱,据说不会让佩戴者感到不舒服。它已经在实验室中对志愿者进行了测试,并应很快成为更大规模临床试验的对象。

“这种方法使我们能够检测到一堆新的关键营养物质和代谢物。我们可以监测我们何时进食并观察营养素水平的变化,”高伟说。“它不仅监测营养物质,而且还监测激素和药物。它可以为许多健康状况提供连续监测。”

有关这项研究的论文最近发表在《自然·生物医学工程》杂志上。

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