纸基传感器+智能手机阅读器，实现监测个人烟雾暴露情况
2025-05-10 21:06:26 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
这种低成本的纸基传感器以及基于3D打印的智能手机阅读器，可以在野火季节迅速提供个人烟雾暴露信息。
木材燃烧烟雾的暴露，对人体健康构成重大威胁，尤其对于消防等职业，短期暴露于这些高浓度污染物的情况很常见。对与木材燃烧烟雾相关的生物标志物进行生物监测，对于评估个体的暴露情况至关重要。
据麦姆斯咨询介绍，华盛顿州立大学（Washington State University）的一支研究小组开发了一种低成本的纸基传感器以及基于3D打印的智能手机阅读器，可以在野火季节迅速提供个人烟雾暴露信息。
这种传感器可以为消防员等环境暴露人员提供重要信息，帮助他们确定在烟雾弥漫的环境中可能吸入了多少有害污染物。该研究成果已经以“Mesoporous Pd@Pt Nanoparticle Label/Lateral Flow Immunoassay Integrated with a 3D-Printed Smartphone Reader for Detection of Wood Smoke Biomarkers”为题发表在ACS Applied Materials and Interfaces期刊上。
S-苯基巯基乙酸（S-PMA）是苯的一种主要代谢物，已被广泛用作可靠的生物标志物。然而，目前的S-PMA检测方法缺乏广泛现场应用所需要的速度、便携性和用户友好性。在本研究中，研究人员提出了一种新型检测系统，该系统集成了介孔Pd@Pt纳米粒子介导的横向流动免疫分析法（LFIA）和基于3D打印的智能手机读取器，用于检测S-PMA。
研究人员通过对磷酸盐缓冲盐水和加标尿液样品中的S-PMA进行性能测试，其检测限分别为0.5 ng/mL和2.5 ng/mL。使用介孔Pd@Pt纳米粒子作为LFIA的信号放大器，并集成3D打印器件以获取精确图像，大大提高了系统的灵敏度，使检测限远低于行业建议的阈值。该方法具有出色的稳定性和可重复性，为现场评估职业环境中的木烟暴露提供了一种无创、高灵敏、快速、便携、低成本且用户友好的解决方案，为未来实时环境暴露监测的创新奠定了基础。
“我们的目标是实时快速识别现场的暴露情况，并通过智能手机阅读器进行报告，这样就能快速识别暴露水平和位置，为危险预防策略提供决策帮助。”领导该项目的机械与材料工程学院研究教授Annie Du说。
研究人员开发了一种纸基传感器和基于智能手机的阅读器，可以在野火季节快速提供个人烟雾暴露信息。
近些年，随着野火的数量和规模不断增加，研究人员希望更好地帮助人们了解个人的烟雾暴露情况，以便更有效地减轻对健康的影响。许多健康问题，与木材燃烧烟雾的吸入有关，包括呼吸系统疾病、心血管疾病和肺癌。
目前，对个人烟雾暴露水平的检测并不精确。相关机构通常根据区域气象学、卫星数据、区域内空气质量传感器的计算模型，甚至是个体对烟雾水平的经验感知，来确定可能的烟雾暴露水平。
这些方法有时会忽视小范围内烟雾的巨大变化，也无法了解个体接触化学物质的具体程度，或个体如何在体内不同程度地代谢和处理污染物。
此外，接触野火产生的污染物即使当时没有症状，也可能后期对个体健康带来影响。
“吸入污染空气，接触到烟雾，身体会将烟雾转化为代谢物，然后使DNA发生变化。”Annie Du教授说，“这就是我们专注于早期检测的原因。我们希望在临床症状出现之前就能捕捉到生物变化。”
有一些血液测试可以测量烟雾暴露量，但这些测试既麻烦又昂贵，需要将样本送到实验室进行分析。当火灾发生在偏远地区时，获取个人的烟雾暴露信息就更加困难了。
通过这种试纸，研究人员能够测量污染物苯的微量代谢物。这种生物传感器装置成本低廉，对苯代谢物的信号非常敏感。
与新冠检测试纸只能确定一个人是否感染不同，研究人员开发的传感器可以量化个体接触到有害化学物质的量。这种3D打印传感器可以连接到智能手机，研究人员可以利用手机的定位数据准确地确定哪些地方的烟雾浓度最高，并识别出不同区域存在的化学物质。
研究人员已经在实验室环境中测试了这种试纸。现在，他们将在野火季节对消防员进行测试，并将其与标准实验室测试进行比较。此外，他们正与华盛顿州立大学商业化办公室合作，计划在未来将该技术应用并扩展到其他弱势群体。
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