基于氧化锌的可穿戴传感器可更好地检测人体尿酸水平

更快、更准确地检测尿酸水平可以更好地诊断、治疗和预测人体多种生理和心理状况。

据麦姆斯咨询报道，近日，美国普渡大学（Purdue University）工程学院的研究人员开发了一种非侵入式医疗器械，以使人体某些生理和心理状况的和治疗更及时、更准确。

普渡大学工业工程系副教授Wenzhuo Wu表示，对人体汗液中的尿酸（UA）水平进行长期非侵入式地反复监测，可以使包括焦虑症和高血压在内的多种疾病的诊断、治疗和预后达到前所未有的水平。

Wenzhuo Wu教授说：“我们团队已经开发了新型非侵入式可穿戴传感器，能够监测人体汗液中的尿酸水平。该新型传感器被命名为EPICS，目前正在申请专利，其具有更高的灵敏度和更好的可穿戴性，并且该传感器选用比传统的尿酸水平检测传感器更便宜的材料。”

该项研究工作以“Flexible piezo-electrocatalytic uric acid sensor”为题发表在同行评审期刊Nano Energy上。

尿酸对人体的影响

Wenzhuo Wu教授说，尿酸是人体内嘌呤代谢的终产物。会诱发免疫反应进而出现炎症，也是人体的一种警报。

Wenzhuo Wu教授表示：“尿酸浓度的变化可预示如痛风、高尿酸血症和高血压等生理疾病，同时也可预示如焦虑和抑郁等心理状况。最近的研究报告表明，与异常尿酸水平相关的生理疾病影响了全球约1%~4%的人口，每年的医疗支出超过200亿美元。与异常尿酸水平相关的心理状况影响了美国8.74%的人口，每年相关医疗费用达337亿美元。”

传统尿酸监测的弊端

Wenzhuo Wu教授表示：“虽然目前已经建立了用于代谢和营养控制的临床措施来检测血液中的尿酸水平。但是，这些措施也有弊端。采集人体血液的侵入性以及样本采集与分析之间的时间延迟是主要障碍，特别是对于个性化的远程治疗，如预防突发疾病和及时的营养控制。监测汗液样本中的尿酸水平具有非侵入的优势，并能提供实时结果。”

Wenzhuo Wu教授继续说道：“当前用于检测汗液中尿酸水平的可穿戴传感器有一些局限性，例如复杂的制造工艺、精密的仪器、昂贵的原料和不令人满意的性能。健康人体汗液中的尿酸水平明显低于血液中的尿酸水平。这意味着传感器必须有优异的检测限。此外，持续监测要求尿酸传感器与人体皮肤密切接触，这对传感器的可穿戴性提出了更高的要求。”

普渡大学开发的EPICS传感器

Wenzhuo Wu教授和他的团队已经开发出EPICS传感器，这是一款柔性非侵入式可穿戴传感器，可以监测人体汗液中的尿酸。这款传感器是用氧化锌制作的，氧化锌是一种无毒、生物相容性良好且电化学活性高的材料。

Wenzhuo Wu教授说：“我们的设计可利用通常被浪费的机械能（例如来自人体的机械能），进行高性能、非侵入式尿酸水平的检测。基本的压电电催化原理也可以扩展到具有催化性能的其它压电材料，以在生物医学、制药和农业领域实现高性能传感。”

自2021年夏季以来，Wenzhuo Wu教授和他的团队一直在普渡大学多功能实验室（Purdue University Flex Lab）测试EPICS传感器。他说，测试结果表明，EPICS在性能上超过了传统的尿酸传感器。

Wenzhuo Wu教授表示：“我们证明了EPICS传感器在机械变形的氧化锌纳米棒表面的尿酸电化学氧化过程中，通过压电电催化提高了小的压缩应变，使尿酸传感性能增强了四倍。与所有已报道的柔性电化学尿酸传感器相比，EPICS传感器表现出优异的灵敏度和检测限。”

Wenzhuo Wu教授及其研究团队将进行更多的测试，以验证EPICS传感器在人体监测应用方面的性能及随时间变化的可靠性。