據麥姆斯咨詢報道，近日，韓國科學技術研究院（Korea Institute of Science and Technology）和漢陽大學（Hanyang University）的研究人員聯合開發了一種具有“尖峰”汗液清除功能的表皮式微流控（Epidermal Microfluidics，Epifluidics）電子貼片，其使用一個包含垂直汗液收集通道的傳感器，用于事件驅動的高能效、長期的表皮排汗無線監測。這種汗液傳感器在通道內壁上含有納米網狀電極和獨特的汗液清除結構。在排汗過程中，垂直汗液收集通道的反復填充和迅速排空會產生電尖峰模式，在寬動態范圍和長時間內（>8?h），排汗率和離子電導率與尖峰頻率和振幅成比例。通過這種“尖峰”排汗清除和相應的電子尖峰模式，表皮式微流控無線貼片在運動過程中以事件驅動的方式成功解碼不同皮膚位置的表皮排汗動態，消耗的能量不到連續數據傳輸所需能量的0.6%。研究人員所開發的貼片可以集成各種皮膚傳感器和新興的邊緣計算技術，以實現節能、智能的數字醫療。
監測表皮排汗由于其在健身和醫療應用中的巨大潛力而引起了越來越多的興趣。為了實現表皮排汗的長期監測，需要對汗液傳感平臺進行兩項重大改進：增加運行時間和設計節能的無線表皮貼片。首先，現有系統的有限運行時間通常源于汗液傳感器的有限體積以及分析過程中先前收集的汗液和新分泌的汗液之間的混合。第二項需要重大改進涉及到確保長期無線傳感器功能所需的能耗和數據存儲。盡管在用戶便利性和數字醫療所需的便捷應用方面，無線監測是非常理想的，但是實時、連續數據的傳輸會導致巨大的能源成本，并產生大量冗余數據。因此，期望設計一種事件驅動的無線監控方案，其僅在相關事件發生時傳輸數據，同時提供所測量的健康標志相關信號的最基本特征。
基于此，研究人員開發了一種具有“尖峰”汗液清除功能的表皮式微流控電子貼片，并證明了其能夠實現事件驅動的表皮排汗動態的無線監測。為此，研究人員首先開發了一種傳感器，它包含一個開放的截錐形垂直汗液通道，其內壁上有一對納米網狀電極，通道頂部有一個汗液清除結構，用于迅速排空傳感器中的汗液。類似于印刷電路板（PCB）的垂直互連通道（VIA），研究人員將該器件命名為汗液VIA傳感器。汗液VIA傳感器排空汗液會產生導納的急劇變化，并且新分泌的汗液在排汗過程中會被收集，而不會與舊汗液混合，這使得傳感器能夠產生一系列尖峰信號，其頻率和振幅分別與排汗率和離子電導率成正比。
汗液VIA傳感器的結構和工作原理以及事件驅動的表皮排汗無線監測
研究人員進一步開發了基于汗液VIA的表皮式微流控無線貼片，該貼片在排汗引起的尖峰事件時傳輸峰值數據，并證明了其在100分鐘的劇烈運動期間以事件驅動的方式解碼不同皮膚位置的表皮排汗的能力。與連續監測相比，事件驅動監測可以顯著降低無線數據傳輸所需的能量，并且仍然提供關于表皮排汗的相關信息。更重要的是，尖峰事件驅動的監測方案僅使用連續監測的無線數據傳輸數據量的約0.57%（胸部中央）和0.27%（胸部右側）就成功地解碼了表皮排汗。
基于汗液VIA的表皮式微流控無線貼片
事件驅動的表皮排汗無線監測的身體研究
簡而言之，研究人員使用汗液VIA傳感器開發了一種具有“尖峰”排汗功能的表皮式微流控無線貼片，該傳感器在暴露于汗液時產生尖峰模式。研究人員演示了使用這些尖峰進行長期、事件驅動的表皮排汗無線監測的編碼和解碼過程。具有納米網狀側壁電極和汗液清除海綿層的汗液VIA傳感器能夠實現填充和排空VIA通道的循環。人類參與者的試驗表明，基于汗液VIA的表皮式微流控無線貼片可以長時間工作，并可以大量排汗（>30?μL）。由事件驅動的無線讀數成功地解碼了運動期間不同皮膚區域的表皮排汗。通過這種事件驅動和長時間的運行，所開發的汗液VIA傳感器可以用于檢測急性疾病或健康狀況的先兆癥狀，如夜間低血糖性休克和心臟病發作。此外，汗液VIA傳感器可以進一步與需要長時間運行的其他類型皮膚傳感器集成，并與新興的計算技術相結合，以實現節能、智能的數字醫療。
論文信息：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-34442-y?
延伸閱讀：
《電子皮膚貼片技術及市場-2022版》
《遠程病患監護技術及市場-2022版》
《可穿戴傳感器技術及市場-2022版》
《即時診斷應用的生物傳感器技術及市場-2022版》
《微流控初創公司調研》
