可穿戴汗液傳感器助力監(jiān)測(cè)患者血液狀況

近日，美國(guó)加州理工學(xué)院研究人員制備出一款可穿戴汗液傳感器，可以通過分析人們的汗水來監(jiān)測(cè)其血液中的代謝物和營(yíng)養(yǎng)素水平，為建立全面的健康管理輔助系統(tǒng)提供了新思路。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于《自然—生物技術(shù)》。

研究人員認(rèn)為，這些傳感器將使醫(yī)生能夠持續(xù)監(jiān)測(cè)患有心血管疾病、糖尿病或腎病等疾病的患者的狀況，所有這些疾病都會(huì)導(dǎo)致血液中營(yíng)養(yǎng)素或代謝產(chǎn)物的含量異常。讓醫(yī)生更好地了解患者的病情，同時(shí)避免皮下注射針頭的侵入性接觸，對(duì)患者會(huì)有好處。

由于汗液揮發(fā)較快且易受到污染，如何有效采集、準(zhǔn)確檢測(cè)汗液一直是科研人員面臨的一大難題。因此，尋找一種實(shí)用性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、低成本、簡(jiǎn)易化的工藝手段是關(guān)鍵。

該論文通訊作者、加州理工學(xué)院醫(yī)學(xué)工程系助理教授高偉表示：汗液的有效采集與及時(shí)更新，需要借助微流道結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)階段微流道結(jié)構(gòu)的加工多采用光刻等復(fù)雜工藝，成本高、效率低，不利于大規(guī)模制備。

在經(jīng)過大量研究后，高偉團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，CO2激光加工有不同的工作模式，其中矢量模式下誘導(dǎo)產(chǎn)生的石墨烯具有多孔結(jié)構(gòu)，可對(duì)外界的應(yīng)變作出響應(yīng)，將其作為壓阻式傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)人體呼吸、心跳等生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)。在嘗試不同的激光加工參數(shù)后，研究人員完成了微流道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，研發(fā)出靈敏度高、穩(wěn)定性優(yōu)異、可對(duì)多種物質(zhì)進(jìn)行有效探測(cè)的電化學(xué)傳感器。

高偉在加利福尼亞理工學(xué)院網(wǎng)站上發(fā)表的一篇文章中表示：“這種可穿戴的汗液傳感器具有在分子水平上快速、連續(xù)、無創(chuàng)地捕捉健康變化的潛力，它們可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化監(jiān)測(cè)、早期診斷和及時(shí)干預(yù)。”

為了評(píng)估傳感器的性能，研究人員對(duì)兩組健康的個(gè)體和患者進(jìn)行了一系列的測(cè)試，一組是受過訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員，另一組是一般健康的人。傳感器顯示運(yùn)動(dòng)員汗液中酪氨酸含量較低。為了檢測(cè)尿酸水平，研究人員監(jiān)測(cè)了健康人在禁食期間以及在他們吃了富含嘌呤的食物后的出汗水平，嘌呤是代謝成尿酸的食物化合物，傳感器顯示飯后尿酸水平上升。

高偉的團(tuán)隊(duì)還對(duì)痛風(fēng)患者進(jìn)行了類似的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)他們的尿酸水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于健康人。為了檢驗(yàn)傳感器的準(zhǔn)確性，研究人員還從痛風(fēng)患者和健康受試者身上采集了血樣，發(fā)現(xiàn)傳感器對(duì)尿酸水平的測(cè)量與血液中化合物的水平密切相關(guān)。

高偉指出，這些傳感器的高靈敏度以及易于制造的特性，意味著它們最終可能被家庭患者用于監(jiān)測(cè)痛風(fēng)、糖尿病和心血管疾病等疾病，掌握準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)健康信息甚至可以讓患者根據(jù)需要調(diào)整自己的藥物水平和飲食。