基于氧化鋅的可穿戴傳感器可更好地檢測人體尿酸水平

更快、更準(zhǔn)確地檢測尿酸水平可以更好地診斷、治療和預(yù)測人體多種生理和心理狀況。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，美國普渡大學(xué)（Purdue University）工程學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種非侵入式醫(yī)療器械，以使人體某些生理和心理狀況的和治療更及時、更準(zhǔn)確。

普渡大學(xué)工業(yè)工程系副教授Wenzhuo Wu表示，對人體汗液中的尿酸（UA）水平進(jìn)行長期非侵入式地反復(fù)監(jiān)測，可以使包括焦慮癥和高血壓在內(nèi)的多種疾病的診斷、治療和預(yù)后達(dá)到前所未有的水平。

Wenzhuo Wu教授說：“我們團(tuán)隊已經(jīng)開發(fā)了新型非侵入式可穿戴傳感器，能夠監(jiān)測人體汗液中的尿酸水平。該新型傳感器被命名為EPICS，目前正在申請專利，其具有更高的靈敏度和更好的可穿戴性，并且該傳感器選用比傳統(tǒng)的尿酸水平檢測傳感器更便宜的材料?！?/p>

該項研究工作以“Flexible piezo-electrocatalytic uric acid sensor”為題發(fā)表在同行評審期刊Nano Energy上。

尿酸對人體的影響

Wenzhuo Wu教授說，尿酸是人體內(nèi)嘌呤代謝的終產(chǎn)物。會誘發(fā)免疫反應(yīng)進(jìn)而出現(xiàn)炎癥，也是人體的一種警報。

Wenzhuo Wu教授表示：“尿酸濃度的變化可預(yù)示如痛風(fēng)、高尿酸血癥和高血壓等生理疾病，同時也可預(yù)示如焦慮和抑郁等心理狀況。最近的研究報告表明，與異常尿酸水平相關(guān)的生理疾病影響了全球約1%~4%的人口，每年的醫(yī)療支出超過200億美元。與異常尿酸水平相關(guān)的心理狀況影響了美國8.74%的人口，每年相關(guān)醫(yī)療費用達(dá)337億美元?！?/p>

傳統(tǒng)尿酸監(jiān)測的弊端

Wenzhuo Wu教授表示：“雖然目前已經(jīng)建立了用于代謝和營養(yǎng)控制的臨床措施來檢測血液中的尿酸水平。但是，這些措施也有弊端。采集人體血液的侵入性以及樣本采集與分析之間的時間延遲是主要障礙，特別是對于個性化的遠(yuǎn)程治療，如預(yù)防突發(fā)疾病和及時的營養(yǎng)控制。監(jiān)測汗液樣本中的尿酸水平具有非侵入的優(yōu)勢，并能提供實時結(jié)果?！?/p>

Wenzhuo Wu教授繼續(xù)說道：“當(dāng)前用于檢測汗液中尿酸水平的可穿戴傳感器有一些局限性，例如復(fù)雜的制造工藝、精密的儀器、昂貴的原料和不令人滿意的性能。健康人體汗液中的尿酸水平明顯低于血液中的尿酸水平。這意味著傳感器必須有優(yōu)異的檢測限。此外，持續(xù)監(jiān)測要求尿酸傳感器與人體皮膚密切接觸，這對傳感器的可穿戴性提出了更高的要求?！?/p>

普渡大學(xué)開發(fā)的EPICS傳感器

Wenzhuo Wu教授和他的團(tuán)隊已經(jīng)開發(fā)出EPICS傳感器，這是一款柔性非侵入式可穿戴傳感器，可以監(jiān)測人體汗液中的尿酸。這款傳感器是用氧化鋅制作的，氧化鋅是一種無毒、生物相容性良好且電化學(xué)活性高的材料。

Wenzhuo Wu教授說：“我們的設(shè)計可利用通常被浪費的機械能（例如來自人體的機械能），進(jìn)行高性能、非侵入式尿酸水平的檢測?；镜膲弘婋姶呋硪部梢詳U展到具有催化性能的其它壓電材料，以在生物醫(yī)學(xué)、制藥和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高性能傳感。”

自2021年夏季以來，Wenzhuo Wu教授和他的團(tuán)隊一直在普渡大學(xué)多功能實驗室（Purdue University Flex Lab）測試EPICS傳感器。他說，測試結(jié)果表明，EPICS在性能上超過了傳統(tǒng)的尿酸傳感器。

Wenzhuo Wu教授表示：“我們證明了EPICS傳感器在機械變形的氧化鋅納米棒表面的尿酸電化學(xué)氧化過程中，通過壓電電催化提高了小的壓縮應(yīng)變，使尿酸傳感性能增強了四倍。與所有已報道的柔性電化學(xué)尿酸傳感器相比，EPICS傳感器表現(xiàn)出優(yōu)異的靈敏度和檢測限?！?/p>

Wenzhuo Wu教授及其研究團(tuán)隊將進(jìn)行更多的測試，以驗證EPICS傳感器在人體監(jiān)測應(yīng)用方面的性能及隨時間變化的可靠性。