導語：

刷新傳感發布的基于智能生物傳感系統BIOSYS完成的可量產汗液傳感器及解決方案，除了實驗室的傳感器測試，BIOSYS可以根據需要定制成可穿戴設備，滿足實時測試和商業化需求。

BIOSYS除了提供I-T、OCPT方法外，還支持CV、DPV、SWV、RES等測試方法，實際的場景應用非常多，適合大部分電化學體系的液相檢測和氣相檢測；如電化學生物傳感器、電化學氣體傳感器、離子傳感器、重金屬檢測傳感器等，刷新傳感提供從傳感器研制到商業化整套技術解決方案，助力國內生物傳感器的科研和落地應用。

智能生物傳感系統BIOSYS（又稱"U盤工作站"）采用“云+端”的結構，設備主機采用無線傳輸方式，通過移動終端APP或藍牙基站等將數據送到云端統一進行分類、篩選、存儲和應用；

BIOSYS系統具有如下特性：

?集成度高，可視需求、場景定制開發為各類形態；

?動態實時觀測實驗過程和結果；

?批量實驗數據可自動分析；

?實驗數據可平行移植至量產產品；

?系統軟件實現OTA遠程升級功能。

汗液作為一種可無創獲取的樣本，具備作為健康管理指標的潛力。汗液主要是由外分泌腺分泌的，外分泌汗腺由一個分泌線圈組成，它是汗水的發源地，而汗水是由真皮管通過表皮輸送到皮膚表面。在這個過程中，各種分析物，包括離子、代謝物、氨基酸、激素、蛋白質和多肽等，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元素攜帶了大量的人體健康信息，有很大的挖掘價值。在Nature的汗液綜述文章[1]，列舉了汗液中的一些生物標志物信息及其檢測方法，如下圖表所示。

刷新汗液傳感器以BIOSYS為基礎平臺，運用I-T（時間-電流曲線）法表征生物酶傳感器（如葡萄糖、乳酸檢測等），運用OCPT（開路電勢）法表征選擇性離子傳感器（如K+離子、Na+離子，pH檢測等）。

選用絲網印刷電極的三電極系統（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）實現汗液中葡萄糖、乳酸的檢測；選用絲網印刷電極的兩電極系統（WE為碳電極、RE為Ag/AgCl電極）實現汗液中Na+、K+離子與pH的檢測。同時，配合刷新開發的“BIOSYS生物傳感器流道測試系統”可以模擬出汗場景的測試，通過精準控制流速來調節“出汗量”，根據測試結果不斷優化傳感器和系統。

第一部分：汗液葡萄糖的實時監測

根據BIOSYS系統的標準接口，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行修飾和固化，然后進行測試；如下是單通道測試數據。

圖1修飾電極單通道測試

圖2 單通道測試后臺數據

為了模擬真實的汗液分析場景，實驗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試系統進行多路葡萄糖檢測。

圖3多通道修飾電極

圖4流道工裝及控制測試系統

圖5流道系統測試后臺數據

數據建模：

1）根據測試數據，建立汗液葡萄糖濃度與電流的關系函數，根據汗液中葡萄糖的濃度范圍，本實驗設置的葡萄糖濃度等級為{0μM，10μM，50μM，100μM，150μM，200μM，250μM，500μM }，如下是數據擬合。

2）進一步的，從應用和工程化角度，需要考慮靈敏度、背景電流等參數隨時間的變化，設計相應的實驗進行測試，不斷優化模型；模型擬合與傳感器的設計強相關，如下是一種可參考的擬合函數，考慮了靈敏度和活性隨時間的衰減問題。

第二部分：汗液傳感器Na+/K+離子檢測（基于流道系統測試）

根據BIOSYS系統的標準接口，制備合適的離子傳感器電極（或聯系刷新采購），配置離子選擇性膜溶液并進行修飾和固化，然后進行測試；如下是汗液Na+離子檢測多通道連續測試數據，溶液濃度梯度為{8mM，16mM，32mM，64mM，128mM，256mM }。

圖6多通道流道測試系統同時測試5路Na+離子傳感器

實際場景中，為了保證更好的穿戴體驗，可穿戴設備要求體積盡可能小。系統上可以考慮一個BIOSYS系統采用分時復用的方式，通過切換開關測試不同離子傳感器通道。如下是一個BIOSYS設備同時對①/②號兩個K+離子傳感器實現連續監測，實驗溶液濃度梯度為{1mM，2mM，4mM，8mM，16mM，32mM，64mM }：

圖7 K+連續監測①號傳感器offtime:1min/ontime:1min

圖8 K+連續監測②號傳感器offtime:1min/ontime:1min

圖9K+連續監測①號/②號傳感器合并的測試曲線

如下是一個BIOSYS設備同時對①/②號兩個Na+離子傳感器實現連續監測，實驗溶液濃度梯度為{8mM，16mM，32mM，64mM，128mM，256mM }

圖10Na+連續監測①號傳感器offtime:1min/ontime:1min

圖11Na+連續監測②號傳感器offtime:1min/ontime:1min

圖12Na+連續監測①號/②號傳感器合并的測試曲線

數值擬合：根據測試數據擬合模型，考慮靈敏度、電位隨時間的變化，如下曲線方程供參考，實際的模型需要根據傳感器設計不斷調整優化。

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

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

審核編輯 ：李倩