新可穿戴式生物传感器可以检测到非常小的血糖和血乳酸水平的变化

无线可穿戴式生物传感器是一个改变游戏规则的个性化的健康监测和医疗数字化,因为他们可以有效地探测、记录和监控医学上重要的生物信号。无屑的共振天线高度承诺可穿戴式生物传感器的组件,因为它们是负担得起的和容易处理。然而,他们实际应用受限于低灵敏度(无法检测小生物信号)引起的低质量(Q)系统的因素。

为了克服这个障碍,Takeo宅一生从早稻田大学教授领导的研究人员,阴Sijie从北京理工学院的教授和Taiki高松日本宇宙航空研究开发机构,开发了一种无线bioresonator使用“parity-time (PT)对称”能够检测微小生物信号。他们的工作发表在先进材料技术。

在这项研究中,研究人员设计了一个bioresonator读者和传感器组成的磁耦合的高Q因子,因此,提高灵敏度生物化学变化。读者和传感器组成一个电感器(左)和电容(C)并联一个电阻(R)。

传感器的电阻是化学传感器称为“chemiresistor”生化信号转换成电阻变化。chemiresistor包含一个与固定化酶酶电极。分钟生化酶电极(变化而变化等生物分子的水平血糖或乳酸)从而转化成电信号由传感器,然后放大的读者。

解释其背后的技术概念新颖的生物传感器,,讲道,“我们建模PT-symmetric无线传感系统的特点,通过使用一个特征值解决方案和输入阻抗,并实验证明/附近的异常点的敏感性增强通过使用并行inductance-capacitance-resistance (LCR)谐振器。”

“发达振幅modulation-based PT-symmetric bioresonator可以检测小生物信号,难以衡量无线直到现在。此外,我们PT-symmetric系统提供两种类型的读出模式:基于阈值的转换和增强的线性检测。不同的读出模式可以用于不同的传感范围。”

研究人员测试了系统(包含glucose-specific酶)对人类眼泪液体,发现它可以检测葡萄糖浓度从0.1到0.6毫米。他们还测试了lactate-specific酶和商用人类皮肤,发现它可以测量乳酸水平在0.0到4.0毫米的范围通过人体皮肤组织,没有任何损失的敏感性。

这个结果进一步表明,生物传感器可以作为植入式装置。与传统的无屑的共振antenna-based系统相比,PT-symmetric系统实现2000倍高灵敏度在线性和基于阈值的相对变化78%分别检测。

分享他对未来的展望,宅一生总结说,“目前遥测系统是健壮和可调。它可以提高灵敏度小型生物传感器的信号。我们设想,这种技术可用于开发智能隐形眼镜检测血糖和/或植入式医疗设备为有效检测乳酸监测糖尿病和血液中毒。”