科学家开发基于触摸的微型传感器 可帮助病人检测体内锂的含量

如果摄入适量，锂可以缓解双相情感障碍和抑郁症的症状。太少的量不会起作用，而太多的量则会引起危险的副作用。患者必须接受侵入性血液测试，以精确监测体内这种药物的数量。但在最近，研究人员报告说发明了一种微型传感器，可以在短短30秒内从指尖表面的汗液中检测到锂的含量。它非常方便，不需要去诊所。

科学家们上周在美国化学学会（ACS）的秋季会议上展示了他们的成果。2022年ACS秋季会议有近11000个演讲，涉及广泛的科学主题。

不仅锂必须以特定的剂量服用，而且患者往往难以按规定服用。这意味着，当药物似乎不起作用时，医疗保健提供者需要知道病人实际摄入了多少药物。然而，目前的监测方案有很大的缺点。例如，抽血会产生准确的结果，但它们是侵入性的，而且很耗时。同时，药片计数器并不能直接测量药物的摄入量。为了解决这些限制，研究小组转向了另一种体液。

林书玉（音译）博士说：“虽然它可能不可见，但人体不断地产生汗液，通常只有非常少量。” 林书玉是一名研究生研究员，他与研究生朱佳伦在会上共同介绍了这项工作。“从药物中提取的小分子，包括锂，出现在该汗液中。我们认识到这是开发一种新型传感器的机会，可以检测这些分子。”

该项目的主要研究者、加州大学洛杉矶分校的Sam Emaminejad博士说：“通过一次触摸，我们的新设备可以获得临床上有用的分子级信息，了解体内的循环情况。我们已经与很多基于触摸的电子产品互动，如智能手机和键盘，所以这种传感器可以无缝地融入到日常生活中。”

然而，设计一个检测锂的传感器带来了一些技术挑战。汗液通常只以微量存在，但检测锂的带电粒子所需的电化学感应需要一个水，或水的环境。为了提供这种环境，科学家们设计了一种含有甘油的水基凝胶。这种额外的成分可以防止凝胶变干，并为传感器的电子部分创造一个可控环境。

该团队使用了一个离子选择性电极来捕获穿过凝胶后的锂离子。与参考电极相比，离子的积累产生了电势的差异。科学家们利用这一差异来推断出汗液中的锂浓度。这些部件共同组成了一个微小的矩形传感器，它比图钉的上端还要小，并能在大约30秒内检测到锂。尽管该传感器仍处于初步测试阶段，但最终，研究小组设想将其纳入一个更大的、尚未设计的系统中，为提供者或病人提供视觉反馈。

在使用人工指尖对传感器进行定性后，研究人员招募了真实的人类对其进行测试，包括一个正在接受锂治疗的人。研究小组记录了这个人在服药前后的锂含量。他们发现，这些测量值接近于从唾液中得出的测量值，先前的研究表明，唾液可以准确地测量锂的水平。在未来，科学家们计划研究乳液和其他皮肤产品对传感器读数的影响。

这项技术也有锂以外的应用。Emaminejad正在开发类似的基于触摸的传感器，以监测酒精和对乙酰氨基酚（一种止痛药，品牌名称为Tylenol®），同时也探索检测其他物质的可能性。完整的传感系统可以包括额外的功能，如通过指纹加密，或者对于经常被滥用的物质，有一个机器人配药系统，只有当病人血液中的药物含量较低时才会释放药物。

该研究小组感谢美国国家科学基金会、大脑和行为基金会、Precise先进技术和服务不足人群的健康系统以及加州大学洛杉矶分校亨利-塞缪里工程和应用科学学院的支持和资助。