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西北大學開發出免電池汗液檢測貼片 極具臨床應用潛力

西北大學發展的免用電池汗液檢測貼片極具臨床應用潛力。西北大學

輕薄、軟性穿戴式感測器若能緊密貼附於人體上,就能持續進行臨床等級關鍵生理參數記錄功能,可望轉變健康與體能的監測模式。美國西北大學(NWU)發展出免用電池的皮膚貼片,可收集與檢測汗液以分析使用者的身體狀況,極具醫療診斷與復原追蹤等臨床應用的潛力。

根據Digital Trends報導,目前大多數的穿戴式生物指標(biomarker)感測器都需要內建電池供電,雖然對某些應用沒有影響,但對需要持續進行追蹤的醫療用途,裝置若有電源中斷之虞就不夠理想。NWU研發的皮膚貼片由智慧型手機等連線裝置發射的無線電波供電,同時運用近場通訊(NFC)技術回傳貼片收集與分析的資料。

NWU發展的輕薄、軟性微流體(microfluidic)分析皮膚貼片,透過類似毛細孔的小洞收集微量汗液儲存在不同的小收集室,個別分析與生理健康相關的重要生物指標、電解質平衡、含水狀態,實現運用以皮膚為介質的穿戴式裝置進行流體與化學分析,可隨時隨地進行檢測,研究團隊希望最終可運用於如囊狀纖維化診斷、中風倖存者復原追蹤等廣泛的臨床應用。

NWU的皮膚貼片僅根據汗液檢測,即可同時監測排汗量與速率,汗液的氯化物、葡萄糖、乳酸濃度、酸鹼值與電解質,並提供視覺化資訊。NWU成立新創公司Epicore將技術商品化,實際應用於L’Oreal在2019年消費性電子展(CES)展示的皮膚酸鹼值追蹤器。還有一項可能是關於讓運動員能掌握在賽程中身體支撐狀況的應用也將在未來幾周公開。

傳統穿戴式汗液感測器基本採兩種方式但各有缺點。以電子裝置偵測汗液的電化學特性,缺點在於裝置的大小尺寸不理想;而以色度計(colorimetry)提供視覺化偵測結果顯示,缺點則在於半定量(semi-quantitative)的運作方式與可測量的生物標記範圍太窄。NWU進行電子裝置與微流體的系統化研究及整合設計,以確立關鍵的貼片設計考量與效能表現特性。

NWU貼片的電化學感測模式類似生物燃料電池(biofuel cell),結合精密時計(chronometric)微流體與崁入式比色測定(colorimetric assay),兼得電子與微流體的功能優勢,能讓被分析物根據其濃度自發產生等比例的電訊號,而無需使用恆電位儀(potentiostat),因此得以微型化與降低成本,且僅需運用NFC技術即可支援完整的感測與通訊功能。

電子學、材料工程學、機械學的最新進展,為開發有彈性、可延展以貼合皮膚的感測器奠定良好基礎,得以實現透過皮膚介質進行高精確感測,而不會引起不適或過敏。經過2天的人體測試,比較汗液與血液中乳酸與葡萄糖的濃度,結果顯示NWU的貼片極有潛力成為非侵入性、半定量生理狀態追蹤的基礎裝置。

生物感測器領域的研究多數聚焦於監測與生物電位、血流、肢體活動、水合作用、氧飽和、壓迫/伸展與彈性係數、表面壓力、溫度與熱傳導特性等生理與運動相關的參數。NWU則專注於即時、非侵入式化學生物指標量測,收集汗液並進行化學分析,可追蹤電解質、代謝物、小分子等生理相關資料,提供非侵入的人體健康狀況檢測方式。

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