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一种基于离子电渗的表皮生物传感器

2020-03-30 16:46 次阅读

(文章来源:钛媒体APP)

汗液和间质液也可以通过无创离子电渗获得。这种技术可以在两个皮肤穿戴电极之间施加一个温和的电流来诱导汗液或间质液中的离子迁移,完全不会损伤皮肤或解除血液,并且可以在人体休息的时候进行。Cygnus曾经首次展示了基于反相离子电渗作用传感器的腕戴式可穿戴设备,叫做GlucoWatch Biographer。这款设备通过了FDA认证,可在1小时内对间质液中的葡萄糖进行6次无创监测,持续工作超过12小时。

因为间质液成分直接从毛细血管内皮扩散,间质液中的葡萄糖水平与血糖密切相关。利用装在皮肤上的葡萄糖生物传感器可以很容易地测定从ISF中提取的葡萄糖。不过,这款设备的预热时间长达2-3小时;校正设备时仍然需要使用侵入式血糖仪;以及更为重要的是,有报道称反相离子电渗会刺激皮肤,这款产品在二十一世纪早期退出了市场。

之后,加州大学圣地亚哥分校纳米工程系研究团队开发了一个离子电渗平台,即最开始所说的柔性临时纹身传感器。其上用于反相离子电渗的电极,以及葡萄糖生物传感电极均采用丝网打印制成。这一概念平台解决了GlucoWatch Biographer的几个问题。首先,通过降低所施加的离子电渗电流和葡萄糖检测电位,减少了反相离子电渗对皮肤的刺激。其次,一次性丝网印刷纹身的方式降低了设备价格。最后,它很容易固定在皮肤表面,且不会妨碍佩戴者的活动。

这一设备成功获得了验证,表明基于离子电渗的可抛弃式葡萄糖传感平台被应用到可穿戴设备上的潜力。不过,该设备缺乏电子集成,并且需要进行长期连续监测应用的验证。清华大学与空军总医院合作,为可穿戴设备设计了一个新的传感器,使其具备带正电荷的玻黏胺糖酸的传递功能;从而加速葡萄糖向皮肤表面的传递,提升了间质液中葡萄糖采样效率。

这些基于离子电渗的葡萄糖传感器充分利用了间质液葡萄糖和血糖的密切关联,以及离子电渗在人体静止时从间质液中取样的能力。然而,通过离子电渗提取葡萄糖的效率难以控制,可能导致取样间质液的容量不一致,导致其中葡萄糖浓度发生变化。

一种基于离子电渗的表皮生物传感器

最近,英国巴斯大学物理学研究团队开发了一款基于石墨烯像素的血糖监测贴,可以提高离子电渗对标志物提取的一致性。该平台应用了一系列石墨烯“像素”,大小与从单个毛囊中采集间质液所需的容积大小相同,使得提取可以更好地重现。

多个石墨烯像素组成的阵列可以在单个平台上实现具有冗余度的测量,以获得更高的精度。这对于表皮可穿戴式生物传感器的商业化至关重要。巴斯大学的这一设备在体外成功进行了6小时以上的无创血糖监测。目前,它还需要提升工作时间来满足需求。离子电渗最近也可被应用于刺激局部汗液分泌。方法是将汗液刺激剂(毛果芸香碱和卡巴胆碱)加载到离子电渗电极上。这种方法可以按需产生汗液,并且可以在休息时获取。

汗液刺激剂有着悠久的使用历史。早在1959年,吉布森和库克开发离子电渗时就使用了毛果芸香碱。它可以通过电荷排斥作用利用阳极渗透皮肤,促进局部汗液产生。商业化的氯离子监测产品已经出现,即Wescor的Macroduct——这款主要用于囊胞性纤维症诊断的设备正在申请FDA认证。

加州大学圣地亚哥分校纳米工程系研究团队也尝试将离子电渗汗液产生系统,以及基于电流分析的生物传感技术合并到团队研发的可穿戴临时纹身上。它的可行性及性能经过了验证,可在10分钟内测量汗液中的酒精含量,对于揭示血液酒精含量是一个有用的指标,且没有时间延迟,也没有透皮装置和检测酒驾所用的呼气测试仪的常见误差。

加州几所大学的跨校合作团队也开发了一种贴片式离子电渗汗液传感器,可用于囊胞性纤维症诊断中对钠和氯离子的测量,也可以用于对健康人群葡萄糖浓度的测量。尤为特别的是,该平台具有可定制的不同的汗液产生配置。然而,目前该平台汗液产生的持续时间只有60分钟的时间,随着时间的推移出汗率会发生变化。这可能会妨碍连续监视应用。

表皮可穿戴生物传感器的还可以在药物检测中发挥作用,以实现无创药动学研究。加州大学伯克利分校研究团队开发了一种可穿戴设备,基于毛果芸香碱刺激的离子电渗汗液或者运动产生的汗液来检测咖啡因。这个概念验证表明了生物传感器在药动学的潜力,从而展现出未来在医药技术上应用的巨大潜力。

不过,它并未集成汗液产生装置。同时,为了在安静状态下进行广泛的药动学研究,还需将定制的离子电渗设备与传感平台集成。此外,还需要对血-汗药物浓度的相关性有更深入的了解。

大部分表皮传感器只能对单一生物体液进行分析。加州大学的研究团队最近展示了同时对两种不同的生物体液进行采样和分析单一的穿戴式平台。利用离子电渗,这一可佩戴纹身可对基于离子电渗给药刺激的汗液,以及基于反相离子电渗的间质液取样,并同时分析各自包含的生物标志物。

总的来说,基于无创取样汗液和间质液监测的表皮可穿戴式平台在设备集成、传感精度、汗液/ISF生成和替代、信号传导、数据传输和多路复用传感等方面取得了显著进展;同时,相关的柔性材料和自恢复材料也有进展。然而,这一技术还需要延长使用时间,增强传感器响应与同期分析血液浓度的相关性,对生物体液有效可控的取样,以及加强汗液取样和传输,以提高检测的可靠性和关联来动态监控浓度的变化。

多路复用传感平台可以通过校正复杂因素的变化来进一步增强了监测汗液分析物的可靠性。由于满足了通过体育锻炼产生汗液的要求,目前已问世的系统特别适合体质监测。不过,为了满足如糖尿病或酒精监测的需求,需要可替代的无创取样路径,还需要扩大目标生物标志物的范围。
     (责任编辑:fqj)

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美半导体的AR0237AT是一款1 / 2.7英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为1928(H)×1088(V)。它可以在线性或高动态范围模式下捕获图像,并具有滚动快门读数。它包括复杂的相机功能,如像素内装箱,窗口以及视频和单帧模式。它专为低光和高动态范围的场景性能而设计。它可通过简单的双线串行接口进行编程。 AR0237AT可以产生非常清晰,清晰的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择,包括监控和高清视频。 特性 卓越的低光性能 采用安森美半导体DR-Pix技术的最新3.0米像素具有双转换增益 高达1080p 60 fps的全高清支持,实现卓越的视频性能 线性或高动态范围捕获 支持线路交错T1 / T2读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持用于外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 ...
发表于 08-13 13:47 273次 阅读
AR0237AT CMOS图像传感器 数字 2.1 MP /全高清 1 / 2.7英寸

AR0230AT CMOS图像传感器 2 MP 1/3

AT是一款1 / 2.7英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为1928Hx1088V。它可以在线性或高动态范围模式下捕获图像,并具有滚动快门读数。它包括复杂的相机功能,如像素内装箱,窗口以及视频和单帧模式。它专为低光和高动态范围的场景性能而设计。它可通过简单的双线串行接口进行编程。 AR0230AT可生成非常清晰,锐利的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择。 特性 高动态范围 应用 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 08-13 11:03 312次 阅读
AR0230AT CMOS图像传感器 2 MP 1/3

AR0237SR CMOS图像传感器 2.1 MP 1 / 2.7 更低成本

是一款1 / 2.7英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为1928(H)x 1088(V)。它采用滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如像素内合并,窗口以及视频和单帧模式。它专为低光和高动态范围场景性能而设计,可通过简单的双线串行接口进行编程。 AR0237可以产生非常清晰,锐利的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择,包括监控和高清视频。 特性 具有双转换增益的DR-PIX™技术 全高清支持1080p 60 fps,提供卓越的视频性能 线性或高动态范围捕获 片上锁相环(PLL)振荡器 支持线路交错T1 / T2读出以在ISP芯片中启用HDR处理 基于位置的集成颜色和镜头阴影校正 用于精确帧率控制的从属模式 ...
发表于 08-13 11:01 219次 阅读
AR0237SR CMOS图像传感器 2.1 MP 1 / 2.7 更低成本

NCP186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR 带使能

是一款超低压降稳压器,可提供高达1 A的负载电流,并在-40至85℃范围内保持1.0%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.8 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电的产品以及后调节应用。该产品提供多种固定输出电压选项,其他产品可根据要求提供,范围为1.2 V至3.9 V.NCP186具有完全的过热保护和输出短路保护。小型8引脚XDFN6 1.2 mm x 1.6 mm封装使该器件成为可能特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.8 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 多种固定输出电压选项及其他可根据要求提供1.2 V至3.9 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 90μA 延长电池寿命 极低压差:100 mV典型值。在Iout = 1 A(3.0V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 在-40至85℃温度范围内的±1.0%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通讯设...
发表于 07-29 22:02 118次 阅读
NCP186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR 带使能

NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能

是一款超低压差稳压器,可提供高达0.5 A的负载电流,并在25°C时保持0.8%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.4 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电产品以及后调节应用。该产品提供3.3 V固定输出电压选项,其他电压选项可根据要求提供,范围为0.7 V至3.6 V.NCP176具有完全的过热保护和输出短路保护。小型6引脚XDFN6 1.2 mm x 1.2 mm封装使该设备特别适用于空间受限的应用程序。 特性 优势 1.4 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后调节应用 几种固定输出电压可根据要求提供的选项和其他选项范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压降:130 mV典型值。在Iout = 0.5 A(2.5V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通信设备 相机,...
发表于 07-29 22:02 73次 阅读
NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能

NCP171 LDO稳压器 超低50nA Iq 双电源模式 80mA

是双模式LDO,在ActiveMode中提供高达80 mA的电流,在低功耗模式下低至50 nA的Iq。双模式功能可通过ECO引脚选择,允许动态和低功耗模式之间的动态切换,非常适用于长寿命电池供电的无线应用。低功耗模式下的输出电压可降低50 mV,100 mV,150的内部工厂编程值相对于活动模式下的标称输出电压,mVor为200 mV。此功能进一步降低了睡眠模式下的应用消耗.NCP171采用SLIQ(超低Iq)LDO系列,具有50nA的超低静态电流,可用于小XDFN4 1.2 x 1.2包。 特性 优势 超低水平50nA 非常适合电池供电的应用 双模式功能针对主动模式和待机模式操作进行了优化 系统灵活地在两种不同的操作模式之间切换,优化性能和延长电池寿命 工作模式,高达80mA,具有出色的PSRR和噪声性能 非常适用于射频电源和高精度传感器 低功耗模式(SLIQ),50nA Iq 当系统处于扩展待机(低功耗)模式时延长电池寿命 模式选择,ECO Pin 灵活选择主动和低功率模式 XDFN 1.2x1.2包 空间受限应用程序的小尺寸 应用 终端产品 无线电池供电的物联网传感器 电池供电的医疗...
发表于 07-29 22:02 204次 阅读
NCP171 LDO稳压器 超低50nA Iq 双电源模式 80mA

AR1337 CMOS成像传感器 13 MP 采用SuperPD™PDAF技术

是一款采用SuperPD™PDAF技术的13万像素CMOS成像传感器。这款先进的传感器具有独特的PDAF微透镜和PDAF图案技术,在低光照条件下具有出色的自动对焦性能。采用1.1μm像素构建,提供符合行业标准的1 / 3.2“光学格式,使AR1337具有适合大批量设计的尺寸。图像质量由领先的量子效率和灵敏度驱动,同时保持低读取噪声。这种组合可在明亮的日光或低室内照明条件下提供出色的图像。 AR1337以每秒30帧的速度运行在13 MP,并支持每秒30帧的4k2k视频和高达每秒60帧的全高清1080P视频。 特性 优势 SuperPD™PDAF技术 领先的低光自动对焦性能 独特的PDAF图案和微透镜技术 高精度相位检测自动聚焦(PDAF)功能 片上坏像素校正和AF计算 简化的相机模块积分校准和与后端应用处理器的集成 具有低读取噪声的高量子效率和灵敏度 卓越的图像质量,尤其是在光线不足 应用 终端产品 智能手机相机 平板电脑相机 智能手机 平板电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 17:02 157次 阅读
AR1337 CMOS成像传感器 13 MP 采用SuperPD™PDAF技术

AR1011 CMOS图像传感器 10 MP 1

HS是一款1080万像素,1英寸光学格式图像传感器,结合了高分辨率成像和3.4微米DR-Pix(动态响应像素),可动态调整以提供卓越的低光性能。在全分辨率下,AR1011HS提供60帧/秒(fps)视频;同时跳至120 fps的1080p高清模式。该传感器非常适合需要高分辨率的高端监控摄像系统,如电子平移,倾斜,变焦(ePTZ)等具有惊人的低光能力的功能。 4K超高清(3840 x 2190)分辨率为每秒60帧的模式,使传感器也成为专业消费类广播相机的理想选择。 应用 相机 安全 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 17:02 102次 阅读
AR1011 CMOS图像传感器 10 MP 1

AR0239 CMOS图像传感器 2.3 MP 1 / 2.7

美半导体的AR0239是一款1 / 2.7英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为1936(H)×1188(V)。它可以在线性或高动态范围模式下捕获图像,并具有滚动快门读数。它包括复杂的相机功能,如像素内装箱,窗口以及视频和单帧模式。它专为低光和高动态范围的场景性能而设计。它可通过简单的双线串行接口进行编程。 AR0239可以产生非常清晰,锐利的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择,包括监控和高清视频。 特性 以90 fps的速度拍摄2.3Mp以获得出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.7英寸 1080p模式适用于16:9视频 卓越的低光性能 3.0um大背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2 / T3读数以启用HDR处理ISP芯片处于1080P和30fps 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头着色校正 用于精确帧率控制的从模式 数据接口: - HiSPi(SLVS) - 4个车道 - MIPI CSI-2 - 4车道 - 平行 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 多相机同步支持 高速可配置上下文切换 具有灵...
发表于 07-29 16:02 232次 阅读
AR0239 CMOS图像传感器 2.3 MP 1 / 2.7

AR0543 CMOS图像传感器 5 MP 1/4

美半导体专注于卓越的像素性能,为该传感器的卓越图像质量奠定了基础,具有卓越的色彩精度,低光灵敏度和低噪声水平.AR0542是一款1/4英寸CMOS有源像素数字图像传感器集成了复杂的片上相机功能,如窗口,镜像,列和行跳过模式以及快照模式。它可通过简单的双线串行接口进行编程,功耗非常低。 应用 移动 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 16:02 144次 阅读
AR0543 CMOS图像传感器 5 MP 1/4

AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5

是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线路交错T1 / T2读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0521可以产生非常清晰,锐利的数字图像,并且能够捕获连续视频和单帧,使其成为安全应用的最佳选择。 特性 5 Mp为60 fps,具有出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.5英寸) 1440p 16:9模式视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头阴影校正 精确帧率控制的从属模式 数据接口:♦HiSPi(SLVS) - 4个车道♦MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 安全摄像头 行动相机 车载DVR 电路图、引脚图和封装...
发表于 07-29 16:02 324次 阅读
AR0521 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5

AR0835 CMOS图像传感器 8 MP 1/3

图像传感器是一款1 / 3.2“光学格式1.4微米像素传感器,能够以每秒42帧的速度捕获其完整的8 MP传感器分辨率,以60fps的速度捕获1080P视频.A-PixHS(tm )技术将安森美半导体的第二代背照式(BSI)像素技术和先进的高速传感器架构结合在一起,实现了许多创新功能。它旨在实现低z高度相机模块,以满足OEM和移动设备制造商的需求。 特性 高动态范围 应用 移动 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 16:02 128次 阅读
AR0835 CMOS图像传感器 8 MP 1/3

AR0522 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5 近红外增强

是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线路交错T1 / T2读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0522可生成非常清晰,锐利的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择。 特性 5 Mp,60 fps,优异的视频性能 小光学格式(1 / 2.5英寸) 彩色滤光片阵列:RGB和单色 1440p模式适用于16:9视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线路交错T1 / T2读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头着色校正 用于精确帧率控制的从模式 数据接口:♦HiSPi(SLVS) - 4条车道♦MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 近红外线增强 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 机器视觉...
发表于 07-29 16:02 221次 阅读
AR0522 CMOS图像传感器 5.1 MP 1 / 2.5  近红外增强