一种连续测量汗液中葡萄糖的可穿戴电化学汗液生物传感器

随着全球糖尿病发病率的持续增长，市场对无创血糖测量方法的需求越来越高。尽管已经进行了无数次尝试，但目前仍然没有真正商业可行的无创连续血糖监测仪。

据麦姆斯咨询报道，美国宾夕法尼亚州立大学（Penn State University）的研究人员开发了一种可穿戴电化学汗液生物传感器，该传感器有望为连续血糖监测提供一种低成本、高灵敏度的平台。近日，该研究成果已经发表于Advanced Functional Materials期刊。研究人员开发的这种汗液生物传感器整合了激光诱导石墨烯（LIG）纳米复合电极和用于汗液采集的微流控网格。

研究人员基于新型可穿戴传感器开发的皮肤贴片，能够持续数周监测汗液中的葡萄糖水平

激光诱导石墨烯（LIG）

利用汗液检测生物标志物的电化学生物传感器，在商业化方面仍然面临许多重大挑战。人体汗液的盐度、pH值和温度因个体情况而异，因此可能会影响生物传感器的读出。此外，汗液中生物标志物的浓度通常低于血液或间质液中的浓度。

美国宾夕法尼亚州立大学副研究员、该论文作者Farnaz Lorestani及其同事决定将激光诱导石墨烯（LIG）——通过直接激光写入制造的3D多孔碳基纳米材料，作为生物传感器电极材料进行研究。自2014年被发现以来，LIG已成为一种很有前景的技术，与传统基于湿法化学的加工方法相比，LIG大大降低了生产成本。

微流控非酶汗液分析贴片的设计、结构和应用示意图

Lorestani说：“多孔激光诱导石墨烯的灵敏度和稳定性有限，这对准确检测汗液或其它生物流体中的微量生物标志物提出了挑战。为此，我们开发了一种高灵敏度、高选择性、高成本效益且耐用的柔性传感平台，可用于持续、精确的医疗保健监测。”

下一代生物传感器

该传感器在常规环境下能够在21天内保持91%以上的灵敏度。

该传感器包括三个主要组件：一个基于LIG的具有三个电极的电化学葡萄糖和pH传感器、一个基于LIG的温度传感器以及一个用于汗液采集的可拉伸微流控网格。研究人员采用简单的等离子体和激光处理在多孔石墨烯电极上构建了导电纳米材料的3D网络。

激光处理LIG纳米复合材料的表征

Lorestani解释道：“这形成了一个导电材料的3D网络，通过促进电子转移进行葡萄糖和其他生物标志物的非酶检测，从而提高了灵敏度和稳定性。当与基于柔性多孔石墨烯的pH和温度传感器相结合，这种可穿戴器件可以根据温度和pH读出来校准葡萄糖测量值（因为这两者都会影响葡萄糖传感器的性能）。”

通过人造汗液率先校准传感器后，研究人员在饭后两小时的身体测量中，用商业血糖仪对其进行了验证。结果证明，该传感器在常规环境条件下能够在21天内保持91%以上的灵敏度。

Lorestani说：“这种基于高灵敏度、稳定纳米材料的柔性传感平台，有望构建下一代先进传感器，用于连续、无创监测多种生物标志物和生理信号。”

审核编辑：刘清