nfc驱动的汗液生物传感器用于葡萄糖和乳酸

美国西北大学生物集成电子中心的研究人员正在开发最新的葡萄糖和乳酸传感器的汗水生物传感器。雷竞技最新app

什么是汗液生物传感器？

汗液生物传感器是监测汗液中给定生理量的设备，通常佩戴在手臂或后肩上，因为与身体其他部位相比，这些部位产生的汗液更多。通常情况下，汗液生物传感器设计用于分析葡萄糖、乳酸盐或钠等生物标记物，提供血糖含量、肌肉活动或水合作用的信息。

汗液生物传感器在医疗设备行业和学术界引起了越来越多的关注，因为它们为健康和健身应用以及医疗诊断和治疗提供了非侵入性监测重要生物标志物的独特机会。

由约翰·罗杰斯(John Rogers)教授领导的西北大学生物集成电子中心(Northwestern University Cen雷竞技最新appter for Bio-Integrated Electronics)的研究人员是支持可穿戴汗液生物传感器研究的人之一。他们最近发表的一篇题为“用于同时电化学、比色和体积分析汗液的无电池皮肤界面微流控/电子系统”的论文突出了他们的努力。

图中显示了汗液生物传感器的不同方面，特别突出了它的多层结构以及它的无电池操作。图像从罗杰斯研究小组

电压缓冲电位葡萄糖和乳酸传感器

模拟前端相当简单，只需要一个简单的电压跟随器和集成射频滤波器。葡萄糖和乳酸传感器是电位传感器，这意味着它们输出与被分析汗液中葡萄糖或乳酸浓度成比例的小电压。同样的操作是普通实验室pH探头的基础，需要相当简单的硬件，包括一个低噪声电压缓冲器来实现。

葡萄糖和乳酸电位传感器示意图。每个信号在数字化之前都要进行缓冲和滤波，以去除多余的噪声。图像内容重新从科学进展。

研究组在跟随电路的反馈网络中加入了一个电容，以降低带宽和噪声。然后由一个14位模数转换器读取信号。

无线电源通过NFC

该研究小组强调的一个关键特点是他们的设备无需电池操作。罗杰斯研究小组没有使用标准的一次或二次电池为设备供电，而是采用了一种巧妙地利用NFC(近场通信)进行供电和通信的无线供电方案。

这种技术被用于消费者NFC标签，用于标签和支持NFC的智能设备之间的短程无线通信。尽管NFC并没有像许多人之前预测的那样完全占领消费电子行业，但NFC正在通过手机和智能手表实现非接触式支付。雷竞技最新app

NFC提供了非常适中的功率，因此电路必须以极低的功率运行。他们使用了德州仪器公司的RF430FRL152H传感器应答器，该传感器设计用于在小电池或更有趣的是在磁场上工作。

德州仪器RF430FRL152H的功能框图。图像从RF430FRL152H数据表．

RF430FRL152H具有令人难以置信的低工作电压1.45 V，设计用于处理由间歇磁场提供的无调节、可变电源。

RF430FRL152H采用了德州仪器(Texas Instruments)流行的低功耗MSP430微控制器架构，该架构拥有业内最低的工作电压之一。Rogers团队提到用ADA4505-2缓冲传感器信号，这是一个占地面积小、零交叉、低噪声、低工作电压的放大器。最小的足迹是确保传感器在佩戴时不引人注意的关键。零交叉和低噪声是必要的，以减少失真，因为来自葡萄糖和乳酸传感器的信号有一个非常小的动态范围，没有被放大(因为放大器，而不是单位增益缓冲器，将需要额外的无源组件)。

数据显示传感器葡萄糖和乳酸测量传感器相比，传统的实验室技术。图像从罗杰斯研究小组

一些内部的制造

NFC天线的制作是在公司内部进行的，使用光刻技术将导电痕迹绘制到柔性印刷电路板材料(DuPont Pyralux AP8535R)上，该材料由一层聚酰亚胺隔开，并用硅胶材料封装以防水。内部开发的NFC天线为研究小组在质量控制方面提供了最大的灵活性，从而使高Q的天线性能优异，即使在适度高弯曲半径。

早期的可行性研究

研究人员展示了他们的设备测量不同生物标志物的能力，同时使用支持近场通信的智能手机为设备供电，以及使用定制设计的大型天线在骑固定自行车时进行连续监测。当然，结果还只是初步的，但仍然是有希望的。

汗液生物传感器因基线漂移、温度引起的变异性以及传感器元件腐蚀引起的变异性而臭名昭著，随着磨损的增加，传感器的信噪比会随着时间的推移而降低。虽然这篇论文没有特别地解决这些问题，但其他的问题，如低过敏性粘合剂和模拟前端的小型化，为汗液生物传感器面临的非常具有挑战性的问题提供了有趣的解决方案。

较低功率和小型化的情况

本文阐述了小型化和更灵活的电源选择的需要，以发展先进的生物医学技术，以及对晶圆规模集成电路的需要，以减少器件的足迹。小型化和降低功耗对可穿戴传感器尤其重要，因为此类传感器依赖于谨慎和持久。本文还提出了产学研关系的关键机会，这将通过利用每个合作伙伴的特殊专业来简化新医疗技术的发展。

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