普渡大学工程学院的研究人员发明并正在开发无创医疗设备，以使某些生理和心理状况的监测和治疗更加及时和精确。

拉维和埃莉诺塔尔瓦工业工程新星副教授吴文卓表示，长期无创、反复监测人体汗液中的尿酸(UA)水平可以对多种疾病进行前所未有的诊断、治疗和预后。包括焦虑和高血压。

“我和我的团队创造了新的非侵入式可穿戴传感器，可以监测人体汗液中的尿酸水平，”吴说。“这些正在申请专利的传感器称为EPICS，具有更高的灵敏度和更好的耐磨性，并且可以由比测量尿酸水平的传统传感器更便宜的材料制成。”

有关该研究的论文已发表在《纳米能源》杂志上。

尿酸的影响

吴说，UA是人体内嘌呤代谢的最终产物。它还充当警报，触发炎症作为免疫反应。

“UA浓度的变化可能表明痛风、高尿酸血症和高血压等生理疾病，以及焦虑和抑郁等心理疾病，”吴说。

“最近的研究报告显示，与异常UA水平相关的生理疾病影响着大约1%-4%的世界人口，每年的医疗支出超过200亿美元。与异常UA水平相关的心理疾病影响着8.74%的美国人口，每年花费337亿美元的相关医疗费用。”

传统尿酸监测的缺点

Wu解释说，血液中UA水平有成熟的临床测量方法，可用于代谢和营养控制。他还表示，它们也有缺点。

吴说：“采血的侵入性以及样本采集和分析之间的延迟是主要障碍，特别是对于个性化远程治疗(如预防突发事件和及时营养控制)而言。”“监测汗液样本中的尿酸水平具有无创性和提供实时结果的优点。”

吴说，目前用于测量汗液中UA水平的可穿戴传感器存在一些局限性，包括复杂的制造工艺、精密的仪器、昂贵的原材料以及不令人满意的性能。

“健康人汗液中的UA水平明显低于血液中的UA水平。这意味着传感器必须具有优异的检测限，”Wu说。“此外，连续监测需要UA传感器与人体皮肤紧密接触，这对传感器的可穿戴性提出了进一步的要求。”

EPICS传感器

Wu和他的团队开发了EPICS，这是一种灵活的非侵入性传感器，可以监测人体汗液中的尿酸。他们用氧化锌制造了传感器，氧化锌​​是一种无毒、生物相容性和电化学活性材料。

“我们的设计使得对UA进行无创监测成为可能，并通过浪费机械能(例如来自人体的机械能)来提高性能，”Wu说。“基本的压电电催化原理也可以扩展到其他具有催化特性的压电材料，用于生物医学、制药和农业领域的高性能传感。”

Wu和他的团队自2021年夏天以来一直在普渡大学Flex实验室测试EPICS。他表示，结果显示EPICS在测试中优于传统UA传感器。

Wu说：“我们证明，EPICS器件在UA在机械变形的氧化锌纳米棒表面进行电化学氧化过程中，通过压电催化作用产生的小压缩应变，使UA传感性能提高了四倍。”“EPICS设备表现出卓越的灵敏度和检测限，优于所有报道的柔性电化学UA传感器。”

Wu和研究团队将进行额外的测试，以验证EPICS的体感传感并评估传感器随时间的变化性能。

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