研究人员创造了首个由血液驱动的设备，以测量血液的电导率。
全球范围内，代谢紊乱如糖尿病和骨质疏松症正在上升，特别是在发展中国家。
这些疾病的典型诊断涉及血液检测。然而，在医疗设施有限的偏远地区，许多人仍然未被诊断和治疗。传统的诊断方法耗时且具侵入性，使得实时监测成为挑战，尤其是在农村人群中。
来自匹兹堡大学和匹兹堡大学医学中心的研究团队开发了一种新设备，该设备利用血液的力量生成电力并测量其电导率，从而为任何地方的可及医疗服务铺平道路。
“纳米技术和微流体技术的进步为创建能够克服传统医疗护理限制的实验室芯片设备提供了激动人心的机会，”匹兹堡大学斯旺森工程学院土木与环境工程助理教授阿米尔·阿拉维（Amir Alavi）说。“这些技术有潜力通过提供快速和方便的诊断，彻底改变医疗保健，最终提升患者的结果和医疗服务的效率。”
理解血液导电性
血液电导率是评估各种健康指标和识别医疗状况的关键因素。它主要取决于钠离子和氯离子等基本电解质的水平，这些电解质在许多生理过程中发挥着关键作用，帮助做出诊断。
“血液本质上由一个水基环境和能导电或阻挡电流的分子组成，”UPMC临床实验室医学主任艾伦·韦尔斯（Dr. Alan Wells）解释说。“例如，葡萄糖是一个电导体。通过测量其对导电性的影响，我们可以立即做出诊断。”
然而，尽管其重要性，人们对人类血液电导率的了解有限，主要由于测量时的挑战，如电极极化、血液样本获取的限制，以及保持血液温度的复杂性。在100赫兹以下测量导电性对于深入理解血液的电气特性和生物过程至关重要，但这相当具有挑战性。
紧凑实验室
研究团队推出了一种创新的便携式毫流体纳米发电实验室芯片设备，可以在低频下测量血液。该设备在其集成的摩擦电纳米发电器（TENG）中使用血液作为导电媒介。所提议的基于血液的TENG系统可以通过摩擦电化转化机械能为电能。
这一过程涉及接触材料之间电子的转移，从而导致电荷转移。在TENG系统中，此电子转移和电荷分离创造出电压差，当材料经历相对运动如压缩或滑动时产生电流。团队分析在特定载荷条件下该设备产生的电压，以确定血液的电导率。自供电机制使得基于血液的纳米发电器的小型化成为可能，团队还使用AI模型直接利用设备的电压模式估计血液电导率。
为了验证其准确性，团队将其结果与传统测试进行了比较，证明了成功。这一突破为在个人的环境中进行测试开辟了可能性。此外，血液驱动的纳米发电器可以在体内任何血液存在的地方工作，允许根据局部血液化学进行自供电诊断。
