{科研}Sensor Actuat BChem：开发出检测汗液中葡萄糖的生物传感器

2016年10月20日——达拉斯德克萨斯大学的研究人员正在努力开发一种可穿戴设备，该设备可以通过人的皮肤汗液检测葡萄糖水平。

在一项新的研究中，达拉斯德克萨斯大学埃里克·约翰逊工程和计算机科学学院的生物工程教授沙利尼·普拉萨德博士和他的同事证实，他们设计的传感器可以可靠地定量检测人体汗液中的葡萄糖。相关研究结果将发表在2017年1月的《传感器和执行器b:化学》杂志上，标题为“使用基于氧化锌的柔性生物电子技术对汗液中的葡萄糖进行无刺针和无标签诊断”。

普拉萨德的研究小组此前已经证实，这项技术可以检测汗液中的皮质醇。

但是对于糖尿病患者和有糖尿病风险的人来说，自我监测血糖(血液中的葡萄糖)是控制他们疾病状态的重要部分。

普拉萨德说，“监测心率和步数的健身跟踪器非常受欢迎，但可穿戴的非侵入式生物传感器对管理疾病非常有益。”

典型的家用血糖仪需要从用户那里获取少量的血样，通常是通过手指穿刺获得的，通常需要一天进行几次。然而，达拉斯德克萨斯大学开发的一种基于织物的传感器可以检测人体皮肤表面少量汗液中的葡萄糖。

普拉萨德说，“在我们的传感器中，我们使用与血糖测试条相同的化学试剂和酶反应。但在我们的设计中，我们要处理皮肤表面的少量汗液。”

普拉萨德说，研究汗水的研究人员经常使用一种叫做离子电渗疗法的过程，即通过皮肤施加电流，产生足够的汗水来进行检测实验。然而，这种方法会导致皮疹和皮肤烧伤，因此普拉萨德和生物工程博士生rujuta munje寻求一种只需要少量汗水的替代方法。

他们将一种现成的聚合物基织物材料集成到他们的葡萄糖传感器中，并使用达拉斯德克萨斯大学的洁净室设施来制造电子元件。他们设计的生物传感器原型是一个大约1英寸长的小而柔软的棒状设备。他们的设计需要不少于1微升的汗水，这项技术也以数字读数的形式实时响应。

普拉萨德说:“在我们的设计中，我们利用了织物的已知特性。创新之处在于我们将电极集成并放置在这种织物表面的方式，这使得非常少量的汗水可以有效地扩散到这种织物的表面。”

典型的血糖测试条还包含一种分子，该分子最终会放大测试条表面化学反应产生的信号，以便在检测器上进行电子记录。然而，普拉萨德说，如果使用破损的试纸，这些分子会产生刺激性，这是人们面临的另一个挑战。

Prasad和munje修改了这种织物材料的表面形态，以确保如此少量的汗水会产生足够强的信号。

普拉萨德说，“我们的改造使这种材料能够捕获葡萄糖氧化酶分子，从而有效地放大这种信号。我们这样做的原因是，我们必须考虑可能的商业化——为了实现这一点，我们需要一个简单的制造过程。”

Prasad和munje还可以解释一个人汗液的化学成分在一天内发生变化的事实。

普拉萨德说，“葡萄糖在监测中是一种复杂的分子，因为其他因素会干扰信号。例如，根据不同的情况，汗液的ph值(或酸度)可能会有很大差异。”

她注意到，当一个人锻炼或处于压力之下时，他们汗水中的其他化合物(如皮质醇和乳酸)的水平也会发生变化，它们会干扰葡萄糖的检测。

普拉萨德说，“我们用我们的技术证明，我们解决了三个关键问题:出汗量低、其他化合物的干扰和ph值波动。”

Prasad和munje用人类的汗液样本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还需要几年时间，普拉萨德说，“在这一点上，我们正在把这种传感器视为每天都在使用和丢弃的东西，我们认为它可能很容易集成到现有的消费电子平台中。我们对这项技术的许可潜力感到兴奋。”

达拉斯德克萨斯大学和其他地方的研究人员一直在研究在其他体液(如尿液或眼泪)中发现的葡萄糖是否可用于血糖水平，这将进一步消除对侵入性血液采集的需要。例如，谷歌正在开发一种隐形眼镜，用于测量眼泪中的葡萄糖水平。