导读：
近期，北京理工大学李朝将教授、刘国栋副研究员联合浙江省医学电子与数字健康重点实验室张先超教授，提出了一种集成电化学传感器和柔性微流控结构的人体汗液分析系统，通过优化微流控结构布局和二维通道的形状设计，精确控制汗液流速，并成功集成了钠离子电化学传感器，实现了对人体汗液中钠离子浓度的实时、定量分析。相关研究以“An Integrated Electrochemical Sensor with Flexible Microfluidic Structures for Human Sweat Analysis”为题目发表于期刊《BioChip Journal》。
本文要点：
1、本研究提出了一种集成柔性微流控结构的电化学传感器，用于人类汗液分析。人类汗液作为生理指标的信号源，具有非侵入性监测的优势。
2、采用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）柔性基底，通过激光切割、丝网印刷和分层组装技术制造微流控传感器。
3、通过优化微流控通道的长度（7 mm）、宽度（110 μm）和扩散角（15°），实现了对人工汗液流速的精确控制，并验证了钠离子（Na+）的检测性能。
4、传感器在不同流速下表现出接近能斯特响应的高灵敏度和准确性，并成功实现了对人体不同部位汗液中Na+浓度的定量分析。
为什么选择柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）作为微流控传感器的基底材料？
1、柔性和可加工性：PET是一种柔性聚合物材料，能够适应人体皮肤的曲面，提升佩戴舒适性，同时便于通过激光切割和丝网印刷等技术加工成复杂的微流控结构。
2、亲水性：PET表面具有一定的亲水性，有助于实现对汗液的快速收集和输送。
3、耐用性和稳定性：PET材料具有较高的机械强度和化学稳定性，能够在长时间使用中保持结构完整性和性能稳定性。
4、低成本：相比其他柔性材料（如PDMS），PET材料成本较低，更适合大规模生产。
通过人体汗液进行生理监测具有以下优势：
1、汗液可作为持续监测生理指标的可靠信号源。汗液中含有多种生物标记物和电解质，如钠、钾、钙、氯离子、葡萄糖、尿酸、乳酸、pH值、维生素和皮质醇等，这些指标与生理状况密切相关。
2、汗液可通过非侵入性方式从皮肤表面采集，相比传统的血液采集更加方便和舒适，避免了疼痛和感染的风险。
3、基于汗液的监测可实现对个体生理指标的实时连续监测，不限制患者任何身体部位的活动，为健康状况提供更全面的信息。
4、汗液中生物标记物浓度与血液中具有良好的相关性，使汗液成为替代血液进行生物标记物分析的可行方案。
总之，汗液采集的非侵入性、采样便利性以及与血液生物标记物的相关性，使其相比传统的血液采集方式更适合用于持续生理监测。
图1.a微流体器件的3D堆叠集成结构；b微流体层的几何形状和尺寸；c 3D模型以及3D模型中的网格和流速分布；d VOF模型和初始相界面。微流体仿真结果：e速度-时间曲线和速度分布；f压力-时间曲线和压力分布；g从入口到出口的微流体流动过程中的代表性力矩；h流速随通道长度的变化；i流速随通道宽度的变化；j流速随扩散角的变化
图2.微流控器件的制造：a不同宽度的微通道；b激光功率、扫描速度、重复次数对通道宽度的影响；c加工和粘接工艺示意图；d粘结的微流体层；e对齐夹具；f完整的微流体装置
图3.微流体装置中的流动结构：a微流体装置中人工汗液的流动过程；b测量流速；c流动过程中流速的变化。实验设备和流动结果：d通道长度的影响；e通道宽度的影响；f扩散角的影响
图4.a电极结构示意图；b测量Na+的开路电位（OCP）响应；c Na+选择性评估；d与微流体结构集成的电化学传感器；e不同人工汗液流速下Na+的OCP反应；f不同流速下Na+的校准曲线
图5.受试者背部和腹部Na+的实时电位分析。在实时检测过程中，记录在汗液流过体腔后开始，持续200秒后停止。随后，将液室清空，重新开始检测。
论文链接：https://doi.org/10.1007/s13206-024-00181-z
