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Sensor Actuat B-Chem:开发出检测汗液中葡萄糖的生物传感器

来源:生物谷 2016-10-18 23:29


2016年10月18日/生物谷BIOON/--来自美国德州大学达拉斯分校的研究人员正在努力开发一种能够通过一个人的皮肤汗液检测葡萄糖水平的可穿戴式设备。

在一项新的研究中,德州大学达拉斯分校埃里克-约翰逊工程与计算机科学学院(Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science)生物工程教授Shalini Prasad博士和他的同事们证实他们设计的一种传感器能够可靠地定量检测人汗液中的葡萄糖。相关研究结果将发表在2017年1月那期Sensors and Actuators B: Chemical期刊上,论文标题为“Lancet-free and label-free diagnostics of glucose in sweat using Zinc Oxide based flexible bioelectronics”。

Prasad研究团队之前已证实这种技术能够检测汗液中的皮质醇。

但是对糖尿病患者和有糖尿病风险的那些人而言,对血糖(血液中的葡萄糖)进行自我监控是管控他们的疾病状态的一个重要部分。

Prasad说,“监控心率和步进计数的健身追踪器是非常流行的,但是可穿戴的非侵入式生物传感器对管理疾病是非常有益的。”

典型的家用血糖检测仪需要获得用户的少量血液样品,通常是通过手指刺破来获得的,而且经常一天需要进行多次。然而,德州大学达拉斯分校开发的基于织物的传感器检测人皮肤表面上少量汗液中的葡萄糖。

Prasad说,“在我们的传感器中,我们使用相同的整合到血糖测试条中的化学试剂和酶促反应。但是在我们的设计中,我们不得不应对在皮肤表面上较少数量的汗液。”

Prasad说,以汗液作为研究对象的研究人员经常使用一种被称作离子电渗(iontophoresis)的过程,即施加一个穿过皮肤的电流产生足够的汗液来开展检测实验。然而,这种方法能够导致皮疹和皮肤灼伤,为此,Prasad和生物工程博士生Rujuta Munje寻求一种仅需少量汗液的替代方法。

他们将一种现成的基于聚合物的织物材料整合在他们的葡萄糖传感器中,并且使用德州大学达拉斯分校的净室设施制造电子元件。他们设计出的这种生物传感器原型是一种小型的柔软的大约长1英寸的杆状设备。他们的设计仅需不少1微升的汗液,而且这种技术也以一种数字读数的形式实时作出反应。

Prasad说,“在我们的设计中,我们利用了织物的已知性质。创新的地方在于我们整入和放置电极在这种织物表面上的方式,这种方式允许非常少量的汗液高效地穿过这种织物表面进行扩散。”

典型的血糖测试条也含有一种最终对在该测试条表面上发生的化学反应产生的信号进行放大以便在检测仪上进行电子记录的分子。Prasad说,不过如果使用破损的测试条,那么这些分子是刺激性的,这是人们面临的又一项挑战。

为了确保如此少量的汗液会产生一种足够强的信号,Prasad和Munje对这种织物材料的表面形貌进行修饰。

Prasad说,“我们的修饰允许这种材料捕获有效地放大这种信号的葡萄糖氧化酶分子。我们这样做的原因在于我们要考虑可能的商业化---为了实现这一点,我们需要一种并不复杂的制造过程。”

Prasad和Munje也能够解释一个人的汗液中的化学成分在一天内发生变化的事实。

Prasad说,“在监控时,葡萄糖是一种复杂的分子,这是因为其他的因素能够干扰信号。比如,视情况而定,汗液pH(或者说酸度)能够变化非常大。”

她注意到当一个人锻炼或处于压力时,他们汗液中的其他化合物(如皮质醇和乳酸)水平也会发生变化,而且它们能够干扰葡萄糖检测。

Prasad说,“我们利用我们的技术证实我们解决了三种关键的问题:低水平的汗液、来自其他化合物的干扰和pH波动。”

Prasad和Munje利用来自人汗液样品测试了他们的生物传感器原型。

尽管基于这种技术的消费产品仍然还需几年,但是Prasad说,“在这一点上,我们正将这种传感器作为日常使用和丢弃的某种东西,而且我们认为它可能能够很容易地被整合到现存的消费性电子产品平台当中。我们对这种技术的许可潜力感到兴奋。”

来自德州大学达拉斯分校和其他地方的研究人员已在研究在其他体液---如尿液或泪液---中发现的葡萄糖是否可能被用来葡萄糖水平,这会进一步消除了侵入性血液获取的需要。比如,Google公司正在开发一种旨在测量泪液中葡萄糖水平的隐形眼镜。(生物谷 Bioon.com)

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Lancet-free and label-free diagnostics of glucose in sweat using Zinc Oxide based flexible bioelectronics

Rujuta D. Munje, Sriram Muthukumar, Shalini Prasad

doi:10.1016/j.snb.2016.07.088

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