新型血液驱动芯片提供实时健康监测

研究人员开发了第一个以血液为动力的设备来测量血液电导率

　　

代谢性疾病，如糖尿病和骨质疏松症，正在世界各地迅速发展，特别是在发展中国家。

这些疾病的诊断通常是血液检查，但由于偏远地区现有的卫生保健基础设施无法支持这些检查，大多数人没有得到诊断，也没有得到治疗。传统方法还涉及劳动密集和侵入性的过程，这些过程往往耗时，并且无法进行实时监测，特别是在现实生活环境和农村人口中。

匹兹堡大学和匹兹堡大学医学中心的研究人员提出了一种利用血液发电并测量其导电性的新设备，为任何地方的医疗保健打开了大门。

皮特斯旺森工程学院土木与环境工程助理教授阿米尔·阿拉维说:“随着纳米技术和微流体领域的不断发展，开发芯片实验室设备的机会越来越大，能够突破现代医疗保健的限制。”“这些技术可能会通过提供快速便捷的诊断来改变医疗保健，最终改善患者的治疗效果和医疗服务的有效性。”

现在，我们有好血

血液电导率是评估各种健康参数和检测医疗条件的有价值的指标。

这种导电性主要由必需电解质的浓度决定，特别是钠离子和氯离子。这些电解质是许多生理过程的组成部分，可以帮助医生准确诊断。

“血液基本上是一种水基环境，有各种分子传导或阻碍电流，”匹兹堡大学医学中心临床实验室医学主任、匹兹堡大学和匹兹堡大学医学中心实验室医学部门执行副主席、匹兹堡大学医学院病理学托马斯·吉尔三世教授艾伦·威尔斯博士解释说。例如，葡萄糖是一种导电体。我们能够通过这些测量看到它是如何影响电导率的。因此，我们可以在现场做出诊断。”

尽管它很有活力，但人体血液电导率的知识是有限的，因为它的测量挑战，如电极极化，有限的获取人体血液样本，以及与血液温度维持相关的复杂性。测量频率低于100 Hz的电导率对于深入了解血液电学特性和基本生物过程尤为重要，但难度更大。

口袋大小的实验室

该研究小组提出了一种创新的便携式毫流纳米发电机芯片实验室装置，能够在低频下测量血液。该设备利用血液作为其集成摩擦电纳米发电机(TENG)内的导电物质。提出的基于血液的TENG系统可以通过摩擦电气化将机械能转化为电能。

这个过程涉及到接触材料之间的电子交换，导致电荷转移。在TENG系统中，当材料经历压缩或滑动等相对运动时，电子转移和电荷分离会产生电压差，从而驱动电流。该团队分析了该设备在预先设定的负载条件下产生的电压，以确定血液的导电性。这种自供电机制使所提出的基于血液的纳米发电机小型化。该团队还使用人工智能模型，利用该设备产生的电压模式直接估计血液电导率。

为了测试其准确性，研究小组将其结果与传统测试结果进行了比较，后者被证明是成功的。这为将检测带到人们居住的地方打开了大门。此外，以血液为动力的纳米发电机能够在体内任何有血液的地方发挥作用，从而利用当地的血液化学成分实现自供电诊断。