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一文读懂汗液传感器

发布日期:2021-02-10 浏览次数:1061

 出汗是正常成年人的汗腺在各种温度条件下产生微量液体的机制。汗液是汗腺作用的产物,很容易从皮肤表面获得,并含有丰富的生化数据,包括电解质(如钾离子和钠离子)和代谢物(如葡萄糖和乳酸)。汗液是一种非常重要的生物流体,因为相对于血液等其他生物流体,它可以使用非侵入性技术收集。

直到最近,基于泄殖汗腺的汗液传感一直是一个被忽视的研究领域,特别是对于可穿戴传感器。但随着集成汗液刺激的传感器的生产,现在持续的汗液采样是可行的。随着多路传感阵列的使用,汗液传感已经成为一种可穿戴式传感器,已被设计成从汗液中收集生理数据。


常见汗液分析物

汗液生物传感器通常分析电解质,例如氯化物,钾和钠,以分析汗液,以用于医疗保健和其他应用。尽管已知钠分析物是电解质失衡的良好生物标志物,但没有信息表明汗液中的钠与血液有关。即使到那时,汗液钠最近仍被用来将汗液的局部水平与电解质流失和全身液联系起来。汗液钾与血液的关联性尚待证实,而汗液中的氯化物已被证明在检测囊性纤维化中具有价值。

尿素和乳酸也是大量存在的分析物,但在血液和汗液之间没有显示出很强的相关性。汗液乳酸水平和血乳酸水平之间的关联很难确定,因为汗液在汗液中会产生更多的乳酸。尽管目前乳酸汗液尚不能与全身环境专门相关,但根据全身环境,它至少可以与汗腺的运动水平有关。汗液中的尿素水平与肾脏功能异常的监测有关,可以在感染患者的皮肤上看到白色结皮。近来,可穿戴的柔性汗液传感器也已显示可测量汗液中的乙醇和钙水平。

汗液传感器的类型

已设计出许多基于汗液的独特生物传感器,以进行具有生理意义的测量并执行其他研究。现在将详细介绍电化学汗液传感器,离子选择电极汗液传感器和可穿戴汗液传感器的基本原理。

电化学汗液传感器通常由在柔性基板上制造的三到四个电极组成。这样的电极被称为阴极,参考电极,对电极和工作电极。参比电极具有恒定且确定的电势,因此被用作半电池以确定第二个半电池或工作电极的电势。参比电极通常由银/氯化银构成,已知电压范围为0.20 V至0.25V。

离子选择电极传感器是可以将某种离子行为(例如,溶解在液体中)转换为可以读取的信号的设备。通过使用电化学方程式(能斯特方程式),可以将电压与所选离子行为的对数关联,从而可以通过直接电势法实现选择性。除了将离子选择电极用作工作电极之外,还需要参考电极。

离子选择电极有三种主要配置:液体膜(移动离子交换),固态膜(离子交换固定的地方:例如晶体和玻璃)和作为特殊电极的膜(例如感应气体)。

可穿戴汗液传感器被广泛地分为柔性和非柔性。用于从汗液收集生理数据的应用,可穿戴的汗液传感器应放置在皮肤附近,以进行理想的体内处理和检查,同时仍能够维持复杂的使用状态并且仍然适合穿戴。为了进行此分析,选择了可穿戴的柔性传感器以与人类皮肤的非平面接触。

最近,随着可穿戴式柔性传感器的制造进步,信号处理电路已集成并嵌入其中,以分析实时数据并将其无线传输到智能设备或计算机。对于无线数据传输,与Zigbee和Wi-Fi等其他无线模块相比,蓝牙由于其相对较低的安装费用,较低的硬件要求和良好的兼容性而成为流行的技术。


结论

最常用的汗液传感器是可穿戴的柔性汗液传感器,可用于检测各种汗液分析物。穿戴式柔性汗液传感器的选择取决于分析物及其相应的应用,例如疾病检测或监测身体状况。

当前,随着传感器制造方法的进步,可以将多个传感器嵌入到一个灵活的系统中并与信号处理电路集成。此外,无线数据传输模块与这种先进的汗液传感器的集成还使实时分析汗液分析物水平和无线传输数据成为可能。

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