巴西科学家研发印制在纳米纤维素上的穿戴式传感器

巴西圣保罗大学(University of So Paulo)的研究人员与圣保罗州立大学(So Paulo State University)、阿拉拉夸拉大学(University of Araraquara)、坎皮纳斯州立大学(University of Campinas，UNICAMP)及巴西国家纳米技术实验室(Brazilian National Nanotechnology Laboratory)等研究同仁合作，共同开发制作出一种印制在微生物纳米纤维素上的穿戴式传感器。这款皮肤附着式传感器是打印在塑料表面上的传统传感器的改进替代品。它可以使用在非侵入性检测领域，并监测汗液中存在的体液。

这项研究由Osvaldo Novais de Oliveira Junior带领，并由巴西圣保罗研究支持基金会(FAPESP)通过由生物聚合物制成并用于长期监测的印刷及植入式生物传感器、用于生物标记检测的纳米结构柔性组件的设计和制造和开发基于可同时检测细菌威胁的电子舌分析工具等项目，以及多用户设备补助金提供支持。

这篇以“附着在人体皮肤上的微生物纳米纤维素用于电化学传感器以检测汗液中的金属离子和生物标记”为题的文章已发表在《Talanta》期刊上。

“微生物纳米纤维素是一种100%的天然高分子/聚合物。它是由糖中的细菌产生的。与塑料相比，它的主要优点是提供了与人体皮肤之间更好的介接性与服贴性。在其他应用中，它已在伤口涂剂的实际医用市场上使用多年，用于伤口敷料以及其他应用，但它从未作为电化学传感器基板而进行过研究，”该论文共同第一作者Robson Rosa da Silva表示。

置于塑料基板上的穿戴式传感器常会出现的问题是，汗水会在皮肤和传感器之间形成屏障，不但会阻碍检测，并且会造成过敏。Silva指出：“纳米纤维素是完全透气的，这使得汗水可以到达电极的活性层。”

这个传感器是一个长1.5厘米、宽0.5厘米的小巧矩形贴片，就和一张卫生纸一样薄。它可以检测多种生物标记，例如钠、钾、尿酸、乳酸和葡萄糖等。Silva说道，“这些元素或物质会在血液中循环，也可以在汗液中被检测到。因此，糖尿病监测会是这款纳米纤维素传感器的可行性应用之一。另一种应用就是通过检测雌二醇来控制女性荷尔蒙。”

该组件还可用于检测存在于生物体中的大气污染物。他进一步表示：“作为概念证明，我们将这个传感器暴露于低含量的有毒金属(例如铅和镉)中，结果呈现阳性。”

这个传感组件是使用半自动丝网印刷和具有高浓度碳颗粒的涂剂印刷在微生物纳米纤维素基板上。由于碳具备良好的导电性，所以成为首选。该论文另一位共同第一作者Paulo Augusto Raymundo Pereira解释道，“化学氧化还原反应能产生出可测量目标代谢物浓度的电信号，这个传感器会与恒电位仪相连，恒电位仪会凭借电流的变化进行电化学测量。测量到的数据会传输到计算机上并转换成标准曲线。”根据 Pereira 的说法，设计传感器与数据测量/读取组件之间的无线通信并不困难。

目前研究人员正在研究使用传感器来使用药物，并致力于研究使其商业化的可行方法。在可生物分解基板(纳米纤维素及洋葱薄膜)上制作用于医疗、食品及农产加工应用的丝网印刷电极项目的第一阶段由Biosmart Nanotechnology公司主导，并获得FAPESP“小型企业创新研究”(Innovative Research in Small Business，PIPE)计划的支持。