加州理工學(xué)院的研究人員希望開(kāi)啟可重復(fù)使用、連續(xù)汗液監(jiān)測(cè)可穿戴設(shè)備的新時(shí)代。

在許多方面，持續(xù)健康監(jiān)測(cè)被認(rèn)為是可穿戴技術(shù)的黃金標(biāo)準(zhǔn)。然而，一個(gè)挑戰(zhàn)是大多數(shù)傳統(tǒng)的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)需要從患者那里獲取具有侵入性且不舒服的血液樣本。

或者，有些人已將汗液監(jiān)測(cè)作為一種解決方案。

汗液傳感器的一個(gè)版本。圖片由加州理工學(xué)院提供

本周，來(lái)自加州理工學(xué)院（Caltech）的研究人員發(fā)表了一篇論文，描述了一種新的連續(xù)可重復(fù)使用的可穿戴汗液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

為什么要監(jiān)測(cè)汗水？

如今，大多數(shù)可靠、詳細(xì)的健康監(jiān)測(cè)報(bào)告都來(lái)自血液分析。醫(yī)學(xué)評(píng)估和代謝測(cè)試依賴于定期從患者身上抽取血液并將血液送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試和分析。這種方法對(duì)患者來(lái)說(shuō)是不舒服或痛苦的，而且對(duì)實(shí)驗(yàn)室工作人員來(lái)說(shuō)是勞動(dòng)密集型和緩慢的。

與此同時(shí)，通過(guò)可穿戴技術(shù)進(jìn)行持續(xù)健康監(jiān)測(cè)的需求也在增加，因此用戶可以被動(dòng)地監(jiān)測(cè)自己的健康狀況。由于可穿戴設(shè)備無(wú)法抽取或分析血液，研究人員已將注意力轉(zhuǎn)向其他健康監(jiān)測(cè)技術(shù)——即通過(guò)汗液。

汗腺和化學(xué)痕跡的位置。圖片由Sensors（巴塞爾）提供

汗水是健康監(jiān)測(cè)的主要候選者，因?yàn)樗�是一種容易獲得的體液，其中含有過(guò)多的化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)表明身體的營(yíng)養(yǎng)和代謝狀況。通過(guò)過(guò)渡到基于汗液的監(jiān)測(cè)，一些研究人員（如加州理工學(xué)院的研究人員）希望開(kāi)發(fā)一種非侵入性、持續(xù)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，超越當(dāng)前可穿戴設(shè)備的有限功能。 

傳統(tǒng)汗液監(jiān)測(cè)器的挑戰(zhàn)

盡管汗液監(jiān)測(cè)可穿戴設(shè)備有潛在的好處，但研究人員在設(shè)計(jì)這些設(shè)備時(shí)面臨著幾個(gè)障礙。

根據(jù)加州理工學(xué)院的研究人員的說(shuō)法，挑戰(zhàn)之一是目前的汗液傳感器在他們關(guān)注的分析物數(shù)量方面受到嚴(yán)重限制。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)現(xiàn)有解決方案都集中在基于離子選擇性電極或電活性分子的策略上。由于這個(gè)缺點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)很少檢測(cè)到大多數(shù)臨床相關(guān)的營(yíng)養(yǎng)素和代謝物。

除此之外，電流傳感器不是很敏感，需要大量的汗水才能正常工作。這需要用戶進(jìn)行劇烈運(yùn)動(dòng)才能從傳感器中獲取任何有用的信息。許多提議的解決方案是不可重復(fù)使用的，在單次汗液樣本后會(huì)失去附著力或功能。

加州理工學(xué)院創(chuàng)造了一個(gè)更敏感的汗水傳感器

在他們發(fā)表在《自然》雜志上的新論文中，加州理工學(xué)院的研究人員提出了一種新的汗液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以解決上述問(wèn)題。

用于采樣和生物傳感的微流體汗液傳感貼片的層組裝示意圖。圖片（修改）由Nature 和 Wang 等人提供

該團(tuán)隊(duì)使用稱為分子印跡聚合物的技術(shù)創(chuàng)建了一個(gè)超靈敏的汗液監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這些分子印跡聚合物充當(dāng)接收特定分析物的容器。這些聚合物內(nèi)部是一種材料，當(dāng)暴露在人體汗液中時(shí)，這種材料會(huì)在電壓下被氧化或還原。通過(guò)定制傳感器以針對(duì)特定分析物進(jìn)行調(diào)整，與以前的解決方案相比，該系統(tǒng)需要更少的汗水來(lái)檢測(cè)分析物。該技術(shù)還允許系統(tǒng)可重復(fù)使用。

由于該系統(tǒng)需要更少的汗水，該團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了一種微流體系統(tǒng)，可以捕獲和分析小樣本。在這種設(shè)計(jì)中，患者會(huì)通過(guò)微弱的、無(wú)法察覺(jué)的電流流向皮膚出汗。然后通過(guò)微流體通道收集產(chǎn)生的汗液并輸送到分析點(diǎn)，在那里可以評(píng)估代謝物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

到目前為止，該系統(tǒng)已在實(shí)驗(yàn)室人類患者中取得成功，但該團(tuán)隊(duì)表示，在該技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)之前還需要進(jìn)行更多測(cè)試。