基于唾液的创新型葡萄糖传感器为糖尿病监测带来变革

基于唾液的创新型葡萄糖传感器为糖尿病监测带来变革卡塔赫纳科技大学的研究人员开发出一种可以测量唾液中葡萄糖水平的传感器，为糖尿病患者提供了一种监测血液中葡萄糖水平的替代方法。图片来源：©2023KAUST;AnastasiaSerin糖尿病是一种人体无法调节血糖水平的疾病。血糖水平升高会导致心血管疾病和其他病症，因此糖尿病患者必须将血糖维持在适度水平。传统上，糖尿病患者使用仪器监测血糖，这种仪器每天数次刺破手指分析一滴血。最近，植入式传感器可以提供连续的血糖监测，而无需令人不悦的针刺，但这些设备对较低血糖水平的准确性可能较低，而且未被批准用于儿童。托马斯-安托普洛斯教授和阿比纳夫-夏尔马（上图）目前正在开发一种晶体管传感器阵列，可以同时检测唾液中的多种代谢物。图片来源：©2023KAUST;AnastasiaSerin唾液作为血液检测的替代品检测唾液是监测葡萄糖的一种更方便的方法，因为唾液与血糖水平相关。然而，唾液中的葡萄糖浓度远低于血液中的葡萄糖浓度，因此，如果没有先进的实验室设备，就很难进行精确测量。现在，KAUST团队利用薄膜晶体管制造出了一种高灵敏度的葡萄糖检测器。团队成员阿比纳夫-夏尔马（AbhinavSharma）说，这些体积小、重量轻、功耗低的设备可以作为廉价的一次性传感器进行批量生产。"他说："以唾液为介质的易用无创葡萄糖测量装置可能会改变全球数百万患者的生活。设备如何工作晶体管包含氧化铟和氧化锌半导体薄层，上面有葡萄糖氧化酶。当唾液样本放在传感器上时，特定的酶会氧化其中存在的葡萄糖，生成D-葡萄糖酸内酯和过氧化氢。过氧化氢的电氧化作用产生电子，电子进入半导体层。这就改变了流经半导体的电流，而这种效应的大小表明了样品中的葡萄糖浓度。研究人员使用添加了不同量葡萄糖的人体唾液样本对他们的设备进行了测试，同时还分析了测试前空腹的志愿者的唾液（唾液中的葡萄糖水平可能与餐后血糖不相关）。他们发现，该设备在不到一分钟的时间内就能正确测量出各种葡萄糖浓度。最重要的是，唾液中的其他分子（包括果糖和蔗糖等糖类衍生物）并没有阻碍传感器的检测。虽然该装置的灵敏度会随着时间的推移而下降，但在室温下存放两周后仍能保持良好的性能。未来展望研究小组目前正在开发一种晶体管传感器阵列，可以同时检测唾液中的多种代谢物。领导该团队的托马斯-安托普洛斯说："开发可与智能手机集成的便携式传感器阵列是未来研究的一个潜在方向。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381045.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381045.htm

传感器实时检测食物变质并可将信息发送到手机上

传感器实时检测食物变质并可将信息发送到手机上每年，全球生产的所有食品中大约有三分之一被丢失或浪费。这大约是14亿吨（13亿吨）的食物。这不仅使全球经济在金钱上付出代价，而且高达10%的温室气体来自于生产出来但没有被吃掉的食物。再有就是吃了变质的食物，有可能会出现食物中毒。当肉类、鸡肉和鱼类等富含蛋白质的食物开始变质时，它们会产生生物胺，这些有机化合物是食品质量的指标，对人类有潜在的毒性。虽然生物胺是监测食品变质的黄金标准方法，但它们需要用昂贵的、非便携式的仪器进行测量，而且必须由受过培训的人员操作。现在，土耳其Koç大学的研究人员已经开发出一种微小的传感器，可以实时、无线、无需电池地监测食品新鲜度，并将结果发送到智能手机上。该传感器是由一种易于合成的聚合物叠加在电极上制成的，它使用电容传感技术来检测富含蛋白质的食物所产生的生物胺。它重约2克，尺寸为0.3英寸（2平方厘米）。该传感器采用了近场通信（NFC）技术，其芯片与智能手机相联，通过天线实时无线传输测量值。当兼容NFC的智能手机放在传感器附近时，芯片就会接收到足够的能源。研究人员在包装好的鸡胸肉和肋排中测试了他们的传感器，以展示该设备在现实世界中的应用。肉类样品被储存在不同的条件下：冷冻室、冰箱和室温下。三天后，监测室温样品的传感器的电容上升，表明生物胺正在从肉中释放出来，因为它已经变质。研究人员说，这表明该传感器有效地检测到了腐败现象。传感器对不同储存条件下的鸡肉（a）和牛肉（b）样品进行了三天的定期监测。"我们使用在不同存储条件下存储的鸡肉和牛肉样品测试了该传感器，以证明该传感器在现实生活中的应用，"研究人员说。"该传感器呈现出可靠的性能，例如，在三天的测量过程中，通过使用手机的即时传感器读数来预测食品的变质情况。在第三天，与储存在冰柜中的样品相比，室温储存的样品显示出700%的传感器响应变化，这证明了传感器在检测变质方面的操作。"研究人员说，他们的传感器易于使用，制作成本低廉，并能对超市货架上或家中的富含蛋白质的食品进行连续监测。这种设备可以被肉类生产商、供应商、当局和最终客户用来对富含蛋白质的食品进行实时新鲜度/变质监测。此外，研究人员还展示了一种低成本材料的批量制造兼容工艺，这可以产生便携式的、易于操作的设备，在食品安全和食物浪费令人担忧的地方可以引起人们的特别兴趣。该研究发表在《自然-食品》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1365029.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1365029.htm

这种低成本呼吸分析传感器会变暗 以显示血氧水平

这种低成本呼吸分析传感器会变暗以显示血氧水平这种低成本设备可轻松连接到第三方呼吸面罩或呼吸机上一种新型传感器很快就能通过呼吸检测医院病人的血氧含量。据称，这种技术比现有的传统方法更可靠，痛苦更少。由于脉搏血氧仪并非百分之百可靠，医生有时也会抽取和分析血液样本。虽然这种技术能更准确地反映血氧水平，但也可能会给患者带来痛苦和困扰。它也不能提供实时或连续的读数。这就是新型荧光传感器的用武之地。该装置由德国弗劳恩霍夫物理测量技术研究所的科学家开发，价格低廉，宽26毫米，可通过T型连接器添加到现有的呼吸面罩或呼吸机管道上。其传感元件由铝基板组成，基板上覆盖着一种称为芘的荧光化合物。在集成LED发出的短波光照射下，芘涂层会发出特定强度的光。然而，当病人呼吸中的氧分子接触到涂层时，强度就会降低--氧分子的数量越多，强度就越低。因此，通过分析芘目前发出荧光的强度，就可以持续、准确地监测病人呼吸中的氧气含量。重要的是，研究发现呼吸中的氧含量与血液中的氧含量是一致的。目前，科学家们正在测量传感器对湿度、温度等变量以及二氧化碳等其他气体的反应。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429878.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429878.htm

比盐粒还小的微型芯片未来有望改变医学传感器技术

比盐粒还小的微型芯片未来有望改变医学传感器技术传感器网络的设计使芯片可以植入人体或集成到可穿戴设备中。每个亚毫米大小的硅传感器都模仿大脑神经元通过尖峰电活动进行交流的方式。传感器检测到特定的尖峰事件，然后利用无线电波实时无线传输数据，从而节省了能源和带宽。布朗大学博士后研究员、该研究的第一作者李继勋（JihunLee）说："我们的大脑以一种非常稀疏的方式工作。神经元不会一直发射。它们压缩数据，稀疏地发射，因此效率非常高。我们的无线通信方法就是在模仿这种结构。传感器不会一直发送数据--它们只会在需要时发送相关数据，就像短暂的电脉冲一样，而且它们能够独立于其他传感器发送数据，无需与中央接收器协调。通过这样做，我们可以节省大量能源，避免中央接收器中心被意义不大的数据淹没。"这种射频传输方案还使系统具有可扩展性，并解决了当前传感器通信网络的一个常见问题：它们必须完全同步才能正常工作。研究小组在《自然-电子学》（NatureElectronics）杂志上撰文，介绍了一种新颖的无线通信网络方法，这种网络可以从数千个微电子芯片中高效地传输、接收和解码数据，而每个芯片的大小都不超过一粒盐。图片来源：NickDentamaro/布朗大学研究人员说，这项工作标志着大规模无线传感器技术向前迈出了重要一步，有朝一日可能会帮助科学家们确定如何从这些小小的硅器件中收集和解读信息，特别是由于现代科技的发展，电子传感器已变得无处不在。布朗大学工程学院教授、该研究的资深作者阿尔托-努尔米科（ArtoNurmikko）说："我们生活在一个传感器的世界里。传感器无处不在。它们当然出现在我们的汽车里，出现在许多工作场所，而且越来越多地进入我们的家庭。对这些传感器来说，最苛刻的环境永远是人体内部。"因此，研究人员认为该系统有助于为下一代植入式和可穿戴式生物医学传感器奠定基础。医学界越来越需要高效、不显眼、不易察觉的微型设备，这些设备还能作为大型组合的一部分运行，以绘制整个相关区域的生理活动图。"李说："在实际开发这种基于尖峰的无线微传感器方面，这是一个里程碑。如果我们继续使用传统方法，就无法收集到这些应用在这类下一代系统中需要的高信道数据。"传感器所识别和传输的事件可以是特定的事件，如监测环境的变化，包括温度波动或某些物质的存在。传感器之所以能够使用如此少的能源，是因为外部收发器在传感器传输数据时为其提供无线供电，这意味着传感器只需在收发器发出的能量波范围内就能获得充电。这种无需插入电源或电池即可运行的能力使它们在许多不同的情况下都能方便、灵活地使用。研究小组在计算机上设计和模拟了复杂的电子器件，并通过多次制造迭代来制造传感器。这项工作建立在Nurmikko在布朗大学实验室先前研究的基础上，该研究推出了一种名为"神经粒"的新型神经接口系统。该系统使用一个由微型无线传感器组成的协调网络来记录和刺激大脑活动。"这些芯片是相当复杂的微型电子设备，我们花了一段时间才做到这一点，"隶属于布朗大学卡尼脑科学研究所的努尔米科说。"要定制操纵这些传感器电子特性的几种不同功能--它们基本上被挤压到硅片的几分之一毫米空间--所需的工作量和精力并不小。"研究人员展示了他们系统的效率，以及该系统的潜在扩展能力。他们使用实验室中的78个传感器对系统进行了测试，发现即使传感器在不同时间传输数据，也能准确无误地收集和发送数据。通过模拟，他们能够展示如何利用约8000个假定植入的传感器，解码从灵长类动物大脑中收集到的数据。研究人员表示，下一步工作包括优化系统以降低功耗，以及探索神经技术以外的更广泛应用。李说："目前的工作提供了一种方法，我们可以在此基础上进一步发展。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425147.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425147.htm

柔性传感器可测量皮下肿瘤变化

柔性传感器可测量皮下肿瘤变化美国斯坦福大学和佐治亚理工学院的工程师发明了一种小型自主设备，它带有一个可伸展的柔性传感器，可附着在皮肤上，测量下方肿瘤大小的变化。这款由电池供电的非侵入性设备具有10微米的信号灵敏度，只需按下按钮，即可将结果无线实时传输到智能手机应用程序中。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1317723.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1317723.htm

大阪大学研究人员开发出柔韧可弯曲的光学传感器 揉成一团也能用

大阪大学研究人员开发出柔韧可弯曲的光学传感器揉成一团也能用在最近发表于《先进材料》（AdvancedMaterials）上的一项研究中，大阪大学科学与工业研究所（SANKEN）的研究人员在一种超薄柔性薄片上开发出了一种光学传感器，这种传感器可以弯曲而不会断裂。事实上，这种传感器非常灵活，即使被揉成一团也能正常工作。在照相机中，光学传感器是感应穿过镜头的光线的装置，类似于人眼的视网膜。传感器设计的创新"传统的光学传感器是使用无机半导体和铁电材料制造的，"该研究的主要作者ReiKawabata说。"这使得传感器变得僵硬，无法弯曲。为了避免这个问题，我们研究了另一种探测光的方法。"与传统的光传感器不同，研究人员使用的是印在超薄聚合物基底（小于5微米）上的微小碳纳米管光电探测器阵列。当暴露在光线下时，碳纳米管会发热，形成热梯度，然后产生电压信号。在印刷过程中掺入化学载体可进一步提高纳米管的灵敏度。利用这些纳米管，可以测量可见光以及与热或分子有关的红外光。用于宽带红外热分析的集成有机电路的超灵活无线成像仪利用片状光学传感器对光、热和分子进行探测和成像。无线技术集成除了碳纳米管传感器，聚合物基板上还印有有机晶体管，将电压信号组织成图像信号。要读取这种信号，计算机不需要通过电线与传感器进行物理连接。取而代之的是一个无线蓝牙模块。该研究的资深作者荒木祯平说："有了这套无线系统，我们的成像仪就能附着在柔软和弯曲的物体上，对其表面或内部进行分析，而不会损坏它们。"集成了碳纳米管光电探测器和有机晶体管的片式光学传感器研究人员制作了薄片型光学传感器的原型，并测试了其感应人体手指或电线等物体的热量以及流经管道的葡萄糖的能力。他们发现，这种光学传感器在很宽的波长范围内都具有很高的灵敏度。此外，在室温和大气条件下，测试表明它具有很高的弯曲耐久性，即使被揉皱也能正常工作。这种无线测量系统和薄片型光学传感器的独特优势将为执行许多任务（如无需采样即可评估液体质量）带来更简单的新方法。研究人员认为，它在无损成像、可穿戴设备和软机器人等许多应用领域都大有可为。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1419657.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1419657.htm