導(dǎo)語：

刷新傳感發(fā)布的基于智能生物傳感系統(tǒng)BIOSYS完成的可量產(chǎn)汗液傳感器及解決方案，除了實(shí)驗(yàn)室的傳感器測(cè)試，BIOSYS可以根據(jù)需要定制成可穿戴設(shè)備，滿足實(shí)時(shí)測(cè)試和商業(yè)化需求。

BIOSYS除了提供I-T、OCPT方法外，還支持CV、DPV、SWV、RES等測(cè)試方法，實(shí)際的場(chǎng)景應(yīng)用非常多，適合大部分電化學(xué)體系的液相檢測(cè)和氣相檢測(cè)；如電化學(xué)生物傳感器、電化學(xué)氣體傳感器、離子傳感器、重金屬檢測(cè)傳感器等，刷新傳感提供從傳感器研制到商業(yè)化整套技術(shù)解決方案，助力國(guó)內(nèi)生物傳感器的科研和落地應(yīng)用。

智能生物傳感系統(tǒng)BIOSYS（又稱"U盤工作站"）采用“云+端”的結(jié)構(gòu)，設(shè)備主機(jī)采用無線傳輸方式，通過移動(dòng)終端APP或藍(lán)牙基站等將數(shù)據(jù)送到云端統(tǒng)一進(jìn)行分類、篩選、存儲(chǔ)和應(yīng)用；

BIOSYS系統(tǒng)具有如下特性：

?集成度高，可視需求、場(chǎng)景定制開發(fā)為各類形態(tài)；

?動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果；

?批量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可自動(dòng)分析；

?實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可平行移植至量產(chǎn)產(chǎn)品；

?系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)OTA遠(yuǎn)程升級(jí)功能。

汗液作為一種可無創(chuàng)獲取的樣本，具備作為健康管理指標(biāo)的潛力。汗液主要是由外分泌腺分泌的，外分泌汗腺由一個(gè)分泌線圈組成，它是汗水的發(fā)源地，而汗水是由真皮管通過表皮輸送到皮膚表面。在這個(gè)過程中，各種分析物，包括離子、代謝物、氨基酸、激素、蛋白質(zhì)和多肽等，從附近的血液和組織液中排出融入汗水中，形成汗液排到體外；這些生物分子和化學(xué)元素?cái)y帶了大量的人體健康信息，有很大的挖掘價(jià)值。在Nature的汗液綜述文章[1]，列舉了汗液中的一些生物標(biāo)志物信息及其檢測(cè)方法，如下圖表所示。

刷新汗液傳感器以BIOSYS為基礎(chǔ)平臺(tái)，運(yùn)用I-T（時(shí)間-電流曲線）法表征生物酶?jìng)鞲衅鳎ㄈ缙咸烟恰⑷樗釞z測(cè)等），運(yùn)用OCPT（開路電勢(shì)）法表征選擇性離子傳感器（如K+離子、Na+離子，pH檢測(cè)等）。

選用絲網(wǎng)印刷電極的三電極系統(tǒng)（WE使用石墨烯電極、PB電極或Pt電極等均可，RE為Ag/AgCl電極，刷新傳感制備）實(shí)現(xiàn)汗液中葡萄糖、乳酸的檢測(cè)；選用絲網(wǎng)印刷電極的兩電極系統(tǒng)（WE為碳電極、RE為Ag/AgCl電極）實(shí)現(xiàn)汗液中Na+、K+離子與pH的檢測(cè)。同時(shí)，配合刷新開發(fā)的“BIOSYS生物傳感器流道測(cè)試系統(tǒng)”可以模擬出汗場(chǎng)景的測(cè)試，通過精準(zhǔn)控制流速來調(diào)節(jié)“出汗量”，根據(jù)測(cè)試結(jié)果不斷優(yōu)化傳感器和系統(tǒng)。

第一部分：汗液葡萄糖的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

根據(jù)BIOSYS系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口，制備合適的生物傳感器電極（刷新傳感可定制），配置生物酶混合液并進(jìn)行修飾和固化，然后進(jìn)行測(cè)試；如下是單通道測(cè)試數(shù)據(jù)。

圖1修飾電極單通道測(cè)試

圖2 單通道測(cè)試后臺(tái)數(shù)據(jù)

為了模擬真實(shí)的汗液分析場(chǎng)景，實(shí)驗(yàn)中制備了多通道的汗液傳感器（如下圖所示），然后用多通道流道測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行多路葡萄糖檢測(cè)。

圖3多通道修飾電極

圖4流道工裝及控制測(cè)試系統(tǒng)

圖5流道系統(tǒng)測(cè)試后臺(tái)數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)建模：

1）根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，建立汗液葡萄糖濃度與電流的關(guān)系函數(shù)，根據(jù)汗液中葡萄糖的濃度范圍，本實(shí)驗(yàn)設(shè)置的葡萄糖濃度等級(jí)為{0μM，10μM，50μM，100μM，150μM，200μM，250μM，500μM }，如下是數(shù)據(jù)擬合。

2）進(jìn)一步的，從應(yīng)用和工程化角度，需要考慮靈敏度、背景電流等參數(shù)隨時(shí)間的變化，設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試，不斷優(yōu)化模型；模型擬合與傳感器的設(shè)計(jì)強(qiáng)相關(guān)，如下是一種可參考的擬合函數(shù)，考慮了靈敏度和活性隨時(shí)間的衰減問題。

第二部分：汗液傳感器Na+/K+離子檢測(cè)（基于流道系統(tǒng)測(cè)試）

根據(jù)BIOSYS系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口，制備合適的離子傳感器電極（或聯(lián)系刷新采購(gòu)），配置離子選擇性膜溶液并進(jìn)行修飾和固化，然后進(jìn)行測(cè)試；如下是汗液Na+離子檢測(cè)多通道連續(xù)測(cè)試數(shù)據(jù)，溶液濃度梯度為{8mM，16mM，32mM，64mM，128mM，256mM }。

圖6多通道流道測(cè)試系統(tǒng)同時(shí)測(cè)試5路Na+離子傳感器

實(shí)際場(chǎng)景中，為了保證更好的穿戴體驗(yàn)，可穿戴設(shè)備要求體積盡可能小。系統(tǒng)上可以考慮一個(gè)BIOSYS系統(tǒng)采用分時(shí)復(fù)用的方式，通過切換開關(guān)測(cè)試不同離子傳感器通道。如下是一個(gè)BIOSYS設(shè)備同時(shí)對(duì)①/②號(hào)兩個(gè)K+離子傳感器實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)，實(shí)驗(yàn)溶液濃度梯度為{1mM，2mM，4mM，8mM，16mM，32mM，64mM }：

圖7 K+連續(xù)監(jiān)測(cè)①號(hào)傳感器offtime:1min/ontime:1min

圖8 K+連續(xù)監(jiān)測(cè)②號(hào)傳感器offtime:1min/ontime:1min

圖9K+連續(xù)監(jiān)測(cè)①號(hào)/②號(hào)傳感器合并的測(cè)試曲線

如下是一個(gè)BIOSYS設(shè)備同時(shí)對(duì)①/②號(hào)兩個(gè)Na+離子傳感器實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)，實(shí)驗(yàn)溶液濃度梯度為{8mM，16mM，32mM，64mM，128mM，256mM }

圖10Na+連續(xù)監(jiān)測(cè)①號(hào)傳感器offtime:1min/ontime:1min

圖11Na+連續(xù)監(jiān)測(cè)②號(hào)傳感器offtime:1min/ontime:1min

圖12Na+連續(xù)監(jiān)測(cè)①號(hào)/②號(hào)傳感器合并的測(cè)試曲線

數(shù)值擬合：根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)擬合模型，考慮靈敏度、電位隨時(shí)間的變化，如下曲線方程供參考，實(shí)際的模型需要根據(jù)傳感器設(shè)計(jì)不斷調(diào)整優(yōu)化。

f(K+/Na+)=f(E,t)

C(K+/Na+)=10{E(t)-[aln(t)+b]}/Sen(t)

審核編輯 ：李倩