用于尼古丁暴露监测的无电池可穿戴传感器

用于可穿戴式无电池电子烟监测的尼古丁传感器

由于尼古丁在医学、毒理学和烟草工业中的重要性，尼古丁多年来一直是人们关注的话题。

尼古丁是烟草制品和电子烟（e-cigs）中的一种成瘾物质，被认为会增加心血管和呼吸系统疾病的风险。对尼古丁暴露进行仔细的实时监测对于减轻吸烟者以及接触二手烟和三手烟的人的潜在健康影响至关重要。

尽管被开发用于促进传统香烟的戒烟，但电子香烟的主要成分尼古丁由于其致癌潜力，仍然可能对身体产生有害影响。

在露天检测尼古丁的能力不仅可以监测吸烟者或电子烟用户，还可以保护婴儿等弱势群体免受二手和三手烟的侵害。

最近文献报道了两种类型的尼古丁传感器，即电化学尼古丁传感器和气致变色尼古丁传感器。

在电化学尼古丁传感器的情况下，尼古丁必须是液体形式。例如，可以使用可穿戴的防汗带监测汗液中的尼古丁。但是，由于汗液的存在波动，无法使用流体传感器进行连续测量。此外，汗液中的尼古丁水平并不总是与急性摄入相关。

最近报道的气致变色传感器可以感应尼古丁，但只能在有阳光的情况下通过改变金属有机纳米管的颜色。因此，需要一种能够实时检测尼古丁的合适的尼古丁传感器来持续测量尼古丁暴露量并监测吸烟者。

基于二氧化钒 (VO2) 的可穿戴化学电阻传感器

结晶二氧化钒（VO 2）在露天环境中非常稳定。它不需要任何外部触发（例如光）来检测尼古丁。VO 2甚至可以在存在其他环境气体（例如 CO、H 2、CH 4、H 2 S、NO 2等）的情况下对尼古丁做出反应。

在没有尼古丁的情况下，传感器会返回其初始状态。可重复的响应和恢复周期使其能够在更长时间内即时监测尼古丁，而不会发生任何生物降解。

当传感器暴露于尼古丁时，VO 2的电阻会降低。

惠斯通电桥配置可以检测到因进入尼古丁而导致的 VO 2电阻的任何变化。惠斯通电桥分支上的差分电压通过仪表放大器放大，然后馈入近场通信 (NFC) 芯片的模数转换器 (ADC)。模拟信号数字化后，芯片通过天线将信号传输到附近的智能手机。然后，自制的智能手机应用程序将相应的传感数据记录并显示在屏幕上。

在为电子设备供电方面，当智能手机靠近传感器表面时，环形线圈天线从手机的辐射中收集能量。然后对收集的能量进行整流和调节，以便在设备运行时为电子设备提供不间断的电源。因此，该设备可以在没有电池和电线连接的情况下工作。

为了实时监测空气中电子烟中的尼古丁蒸气，传感器集成了表皮近场通信 (NFC) 接口，可实现无电池操作和数据传输到智能电子设备以记录和存储传感器数据. 总的来说，传感器开发和集成技术扩展了可穿戴电子设备的使用，以无线方式实时监测环境中的危险元素和生物信号。