全球范围内糖尿病、骨质疏松症等代谢紊乱性疾病的患病人数正在迅猛增长，发展中国家更甚。
一种自供电的毫流控（millifluidic）“芯片实验室（lab-on-a-chip）”装置，用来确定人体血液电导率的拟议研究
代谢紊乱性疾病通常需要通过血液检测来进行诊断，但偏远地区当下的医疗保健基础设施无法支持这些检测，所以大多数患者无法确诊，也得不到治疗。传统诊断方法费力、耗时且具有侵入性，无法实时检测，而现实场景中对农村人群更具挑战性。
据麦姆斯咨询报道，近期，匹兹堡大学（University of Pittsburgh）和匹兹堡大学医学中心（University of Pittsburgh Medical Center，UPMC）的研究人员开发了一种利用血液发电并测量其电导率的新型装置，为不受地域、条件限制的医疗保健服务打开了大门。相关论文以 “Millifluidic Nanogenerator Lab-on-a-Chip Device for Blood Electrical Conductivity Monitoring at Low Frequency”为题发表在《先进材料》（Advanced Materials）期刊上。
实验结果展示
匹兹堡大学斯旺森工程学院土木与环境工程助理教授Amir Alavi说道：“随着纳米技术和微流控领域的不断发展，开发能够突破现代医疗保健限制的‘芯片实验室（lab-on-a-chip）’装置的机会越来越多。这些技术可能提供快速、便捷的诊断服务，将为医疗保健领域带来新的变革，最终提高患者的治疗效果，使医疗服务更加高效。”
实验和人工智能仿真结果展示
血液电导率是评估各类健康参数和检测医疗状况有价值的指标。该电导率主要由人体必需电解质（特别是钠离子和氯离子）的浓度决定。这些电解质是多种生理过程不可或缺的一部分，有助于医生准确诊断。
匹兹堡大学医学中心临床实验室医学主任、匹兹堡大学和匹兹堡大学医学中心检验医学部执行副主席、皮特医学院（Pitt School of Medicine）病理学系Thomas Gill III病理学教授Alan Wells博士解释说：“血液基本上是一种水基环境，其中有各种可以传导或阻碍电流的分子，例如，葡萄糖是一种电导体。我们能够通过这些测量判断它是如何影响电导率的。因此，这使我们能够当场做出诊断。”
根据工作频率和传感特性比较电导率测量方法
尽管人体血液的电导率具有重要意义，但由于面临诸如电极极化、获取人体血液样本受限以及维持血液温度的复杂性等测量挑战，人们对自身血液电导率的了解仍然有限。在低于100 Hz频率下测量血液电导率对于更深入地了解血液的电学特性和基本生物学过程尤为重要，但难度也更大。
该研究团队提出了一种创新的便携式毫流控（millifluidic）纳米发电机“芯片实验室（lab-on-a-chip）”装置，能够在低频率下测量血液的电导率。该装置利用血液作为其集成摩擦纳米发电机（TENG）内的导电物质。所提出的基于血液的摩擦纳米发电机系统可以通过摩擦起电将机械能转化为电能。该过程涉及接触材料之间的电子交换，从而致使电荷转移。在摩擦纳米发电机系统中，当材料经历压缩或滑动等相对运动时，电子转移和电荷分离会产生电压差，从而驱动电流。该团队分析了该装置在预先设定的负载条件下产生的电压，以确定血液电导率。自供电机制使得所提出的基于血液的摩擦纳米发电机能够实现体积的小型化。该团队还使用人工智能（AI）模型，利用该装置产生的电压模式直接评估血液电导率。
为了检测其准确性，该团队将研究结果与传统检测结果进行了比较，证明这项研究是成功的。这为居家检测打开了大门。此外，血液驱动的摩擦纳米发电机能够在体内有血液存在的任何地方发挥作用，利用当下的血液化学成分实现自供电诊断。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202403568
