無線可穿戴生物傳感器已經(jīng)成為個(gè)性化健康監(jiān)測和醫(yī)療保健數(shù)字化的游戲規(guī)則改變者，因?yàn)樗鼈兛梢杂行У貦z測、記錄和監(jiān)測醫(yī)學(xué)上重要的生物信號。無芯片諧振天線是可穿戴生物傳感器中非常有前途的組件，因?yàn)樗鼈儍r(jià)格適中且易于處理。然而，它們的實(shí)際應(yīng)用受到系統(tǒng)低質(zhì)量 (Q) 因素導(dǎo)致的低靈敏度(無法檢測小生物信號)的限制。
為了克服這一障礙，由早稻田大學(xué) Takeo Miyake 教授、北京理工大學(xué)尹思杰教授和日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu) Taiki Takamatsu 領(lǐng)導(dǎo)的研究人員開發(fā)了一種使用“奇偶時(shí)間 (PT) 對稱性”的無線生物諧振器，它可以檢測微小的生物信號。他們的工作已發(fā)表在Advanced Materials Technologies上。
在這項(xiàng)研究中，研究人員設(shè)計(jì)了一種由磁耦合讀取器和具有高 Q 因子的傳感器組成的生物諧振器，從而提高了對生化變化的敏感性。讀取器和傳感器均包含與電阻器 (R) 并聯(lián)的電感器 (L) 和電容器 (C)。
在傳感器中，電阻器是一種化學(xué)傳感器，稱為“化學(xué)電阻器”，它將生化信號轉(zhuǎn)化為電阻的變化?；瘜W(xué)電阻包含一個(gè)帶有固定酶的酶電極。因此，酶電極上的微小生化變化(響應(yīng)血糖或乳酸等生物分子水平的變化)被傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，然后在讀取器上被放大。
Miyake 在解釋其新型生物傳感器背后的技術(shù)概念時(shí)說：“我們通過使用特征值解決方案和輸入阻抗對 PT 對稱無線傳感系統(tǒng)的特性進(jìn)行建模，并通過使用并聯(lián)電感實(shí)驗(yàn)證明了異常點(diǎn)處/附近的靈敏度增強(qiáng)–電容電阻 (LCR) 諧振器。”
“開發(fā)的基于振幅調(diào)制的 PT 對稱生物諧振器可以檢測到迄今為止難以無線測量的小生物信號。此外，我們的 PT 對稱系統(tǒng)提供兩種類型的讀出模式：基于閾值的切換和增強(qiáng)的線性檢測。不同讀出模式可用于不同的感應(yīng)范圍。”
研究人員在人類淚液上測試了該系統(tǒng)(這里含有一種葡萄糖特異性酶)，發(fā)現(xiàn)它可以檢測 0.1 至 0.6 mM 范圍內(nèi)的葡萄糖濃度。他們還使用乳酸特異性酶和市售人體皮膚對其進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)它可以通過人體皮膚組織測量 0.0 至 4.0 mM 范圍內(nèi)的乳酸水平，而不會降低靈敏度。[page]
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