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基于可穿戴微针的FET生物传感器

基于可穿戴微针的FET生物传感器

2022-04-09 22:18

基于可穿戴微针的FET生物传感器

新冠病毒肺炎(COVID-19)疫情在给全球卫生系统和医疗团队带来沉重压力的同时,也更加凸显出智能技术在持续、实时监测人体健康方面的重要性。此类智能技术主要指在不影响患者日常活动前提下,可监测人体重要生理指标的可穿戴设备。

据麦姆斯咨询报道,以色列理工学院(Technion - Israel Institute of Technology)的Hossam Haick教授、郑友斌博士后研究员,以及沃尔夫森化学工程系(Wolfson Faculty of Chemical Engineering)和拉塞尔贝里纳米研究所(Russell Berrie Nanotechnology Institute)的Rawan Omar博士生作为项目主要参与人员,在智能生物传感器技术方面取得了突破性研究进展,他们的研究成果有望在该领域产生重大影响,相关研究成果发表在《先进材料》(Advanced Materials)期刊上,并被选为期刊的封面文章。该科研团队基于可穿戴微针开发了新款FET传感器系统——固定于柔性皮肤贴片(类似于创可贴)的微针阵列结合扩展栅极场效应晶体管(extended-gate FET),实现无痛的患者健康状况监控,并将相关健康数据发送给患者及其医生。

普通医用针头插入皮肤直至血管和神经,会引起疼痛和出血,而微针不同,它短且细,仅穿过皮肤表皮层,并不会引起患者不适。尽管它不长,但其结合FET可用于监测人体重要的生理指标——利用它触及皮肤表层下的组织液,再通过FET测量不同的生物和化学成分,例如钠、葡萄糖和pH值水平,并通过云和物联网(IoT)将数据无线传输给患者及其医生。这种持续监测可以尽早发现各种生理疾病,对于疾病预防和其它并发症(如心脏和肾脏疾病、传染病等)预防至关重要。该方法避免了常规诊断的需求,如目前在诊所进行的血常规检查,血常规检查对患者来说非常痛苦,并且无法即时获取结果,也无法在线查询。

这款生物传感器系统可监测高钠血症和低钠血症,这两种疾病都与血液中的钠含量有关。高钠血症是由于血清中钠含量过高引起的,而低钠血症则是由于血清中钠含量太低导致。它们都会影响神经系统功能,并导致昏迷和意识丧失等状况,因此,早期监测血清钠含量可起到预防作用。钠是血细胞和血液中的一种必需元素,在神经系统的信号传递以及其它生物功能中发挥着至关重要的作用。

“为了使这项技术能更好地应用于日常生活,我们开发了一种独特的‘创可贴’,该创可贴由一种柔韧的聚合物制成,可以随皮肤伸展和收缩,因此不会妨碍人们的日常活动。对我们来说,关键点是每个人都可以使用这款基于可穿戴微针的生物传感器贴片,我们确保该系统采用相对便宜的材料,所以最终的产品也不会很贵。不管在家中还是诊所都可利用该技术诊断疾病和进行持续性生理监测,该技术在这方面是一个巨大的飞跃。”Hossam Haick教授解释说。

Hossam Haick教授是以色列理工学院纳米材料设备实验室(Nanomaterials-Based Devices Laboratories)的负责人,也是认证研究主任(Dean of Certification Studies),同时是纳米电子学、智能传感和其它医疗应用等多个领域的领导者,其中一些领域的研究已可以满足发展中国家的需求。郑友斌博士在中国兰州大学完成学业,来到Hossam Haick教授的实验室做博士后。Rawan Omar目前是Hossam Haick教授实验室的博士生,也是Ariane de Rothschild女性博士项目(Ariane de Rothschild Women Doctoral Program)的研究员,该项目支持优秀的女博士生融入学术界或担任以色列社会的关键职位。该项研究由Rawan Omar与中国中山大学第八附属医院的袁苗苗教授和张荣军教授合作进行。

一个多世纪以来,以色列理工学院是科学和技术教育领域的先驱,在全球具有很大的影响力。以色列理工学院是一所全球性大学,该校长期以来通过跨境合作推进突破性研究和技术。以色列理工学院目前在三个国家设有分支机构,将为成为下一代全球创新者做好准备。以色列理工学院的人才、思想和发明为世界做出了不可估量的贡献,从癌症研究、可持续能源到量子计算和计算机科学等领域进行创新,为全球带来福祉。

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