监测尿糖水平的自供电尿布传感器

2022-10-16 02:18:40

随着科学和现代医学发展，我们对某些疾病的早期症状及需要检查的生物标志物有了更多了解。最重要的是，我们拥有必要的设备和技术，可以方便地在临床环境中对这些生物标志物进行采样和分析，以便医生、患者和护理人员能够采取相应的行动。在不断发展的医疗技术领域，可穿戴电子设备和生物传感器被视为重要的发展，因为可以方便医务人员和非医务人员远程监控患者身体变化。

在糖尿病这一相对常见的疾病中，监测血糖水平至关重要。幸运的是，尿糖水平提供了有关血糖水平的间接信息，以避免经常抽血。此外，为了测量老年人或瘫痪患者的尿糖水平，可以将传感器直接嵌入他们的尿布中。通过无线传输采集的数据，尿布传感器可以极大简化护理和健康监测任务。然而，传感器和无线发射器都需要能源才能工作，从环境和实际角度来看，将电池放在尿布中不是一个良好的解决办法。

目前..科学家已经找到了解决这个问题的办法。在最近发表的一项研究中，一种有前途的方法是从尿液中直接产生能量的尿布传感器。这项自供电的生物传感器——乳酸传感器，完全是由尿液供电。

但是如何从尿液中产生足够的电来为传感器供电呢？答案在于电化学。研究人员开发了一种纸基生物燃料电池，通过氧化-还原反应，输出与尿液中葡萄糖量成比例的电能。在设计这种生物燃料电池时，重要的考虑因素是产生足够能量所需的尿液量及装置的整体稳定性和耐久性。考虑到这一点，科学家们开发了一种特殊的阳极，能够将葡萄糖反应酶和介体分子牢牢地固定在多孔碳层上，而多孔碳层是基本导电材料。

科学家们使用不同葡萄糖浓度的人工尿液在尿布中测试了自供电生物传感器，并且利用产生的能量为蓝牙发射器供电，并使用智能手机远程监控测得的浓度。研究发现生物燃料电池可以在很短的时间内（1秒内）检测到尿糖。

除了在糖尿病的情况下监测血糖外，如果你提前储备糖作为燃料，尿布传感器还可以用来远程检查尿液的存在。在医院或护理场所，可能需要定期检查数以百计的尿布，这个设备可能会减轻护理人员的负担。

传感器不仅可以预防糖尿病，还可以在不损害环境的情况下提高尿布管理的效率和响应速度。在这项研究中开发的概念可以成为一个非常有希望的工具，用于自供电可穿戴生物传感器的总体开发。

来源： Isao Shitanda et al, Self-Powered Diaper Sensor with Wireless Transmitter Powered by Paper-Based Biofuel Cell with Urine Glucose as Fuel, ACS Sensors (2021).

《血管与腔内血管外科杂志》

2021.09.06

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