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巴西科學家開發可印製在天然材料上並分析汗水中物質的感測器貼片
巴西聖保羅大學(University of São Paulo﹐USP﹐位於巴西聖卡洛斯市)的研究人員與聖保羅州立大學(São Paulo State University﹐UNESP﹐位於巴西阿拉拉誇拉市)﹑阿拉拉誇拉大學(University of Araraquara)﹑坎皮納斯州立大學(University of Campinas﹐UNICAMP)及巴西國家奈米技術實驗室(Brazilian National Nanotechnology Laboratory﹐LNNano)等研究同仁合作﹐共同開發製作出一種印製在微生物奈米纖維素(microbial nanocellulose﹐一種天然高分子 / 聚合物)上的可穿戴式感測器。這款皮膚附著式感測器是列印在塑膠表面上之傳統感測器的改進替代品。它可使用在非侵入性檢測和監測汗液中存在的體液。
微生物奈米纖維素是一種100%的天然高分子/聚合物。它是由糖中的細菌產生的。與塑膠相比﹐它的主要優點是它提供了與人體皮膚之間更好的介接性與服貼性。在其他應用中﹐它已在傷口塗劑的實際醫用市場上使用多年﹐用於傷口敷料以及其他應用﹐但它從未做為電化學感測器基板(sensor substrate)而進行過研究。
置於塑膠基板上之可穿戴式感測器常會出現的問題是﹐汗水會在皮膚和感測器之間形成屏障﹐不但會阻礙檢測﹐並且會造成過敏。研究人員表示﹕「奈米纖維素是完全透氣的﹐這使得汗水可以到達電極的活性層。」。
這個感測器是一個長1.5公釐﹑寬0.5公釐的小巧矩形貼片﹐就和一張衛生紙一樣薄。它可以檢測多種生物標記﹐例如鈉﹑鉀﹑尿酸﹑乳酸和葡萄糖等。這些元素或物質會在血液中循環﹐也可在汗液中被檢測到。因此﹐糖尿病監測會是這款奈米纖維素感測器的可行應用之一。另一種應用就是透過檢測雌二醇(Hormone Estradiol)來控制女性荷爾蒙。
該元件還可用於檢測存在於生物體中的大氣污染物。研究人員進一步表示﹕「做為概念證明﹐我們將這個感測器暴露於低含量的有毒金屬(例如鉛和鎘)中﹐結果呈現陽性。」。
這個感測元件是使用半自動網版印刷機(Screen Printer)和具有高濃度碳顆粒的塗劑印刷在微生物奈米纖維素基板上。由於碳具備良好的導電性﹐所以成為首選。「化學氧化還原反應能產生出可測量目標代謝物濃度的電訊號﹐」研究人員解釋﹕「這個感測器會與恆電位儀(Potentiostat)相連﹐恆電位儀會憑藉電流的變化進行電化學測量。量測到的數據會傳輸到電腦上並轉換成標準曲線。」根據Pereira的說法﹐設計感測器與數據測量/讀取元件之間的無線通訊並不困難。
目前研究人員正在研究使用感測器來施用藥物﹐並致力於研究使其商業化的可行方法。《在可生物分解基板(奈米纖維素及洋蔥薄膜)上製作用於醫療﹑食品及農產加工應用的網版印刷電極》(Fabrication of screen printed electrodes on biodegradable substrates (nanocellulose and onion films Allium cepa L.) for medical, food and agroindustrial applications)專案的第一階段是由 Biosmart Nanotechnology 生技公司主導﹐並獲得 FAPESP「小型企業創新研究」(Innovative Research in Small Business﹐PIPE)計畫的支持。
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