加州理工學院的研究人員希望開啟可重復使用、連續(xù)汗液監(jiān)測可穿戴設備的新時代。

在許多方面，持續(xù)健康監(jiān)測被認為是可穿戴技術的黃金標準。然而，一個挑戰(zhàn)是大多數(shù)傳統(tǒng)的健康監(jiān)測技術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)測作為一種解決方案。

汗液傳感器的一個版本。圖片由加州理工學院提供

本周，來自加州理工學院（Caltech）的研究人員發(fā)表了一篇論文，描述了一種新的連續(xù)可重復使用的可穿戴汗液監(jiān)測系統(tǒng)。

為什么要監(jiān)測汗水？

如今，大多數(shù)可靠、詳細的健康監(jiān)測報告都來自血液分析。醫(yī)學評估和代謝測試依賴于定期從患者身上抽取血液并將血液送到實驗室進行測試和分析。這種方法對患者來說是不舒服或痛苦的，而且對實驗室工作人員來說是勞動密集型和緩慢的。

與此同時，通過可穿戴技術進行持續(xù)健康監(jiān)測的需求也在增加，因此用戶可以被動地監(jiān)測自己的健康狀況。由于可穿戴設備無法抽取或分析血液，研究人員已將注意力轉向其他健康監(jiān)測技術——即通過汗液。

汗腺和化學痕跡的位置。圖片由Sensors（巴塞爾）提供

汗水是健康監(jiān)測的主要候選者，因為它是一種容易獲得的體液，其中含有過多的化學物質，這些化學物質表明身體的營養(yǎng)和代謝狀況。通過過渡到基于汗液的監(jiān)測，一些研究人員（如加州理工學院的研究人員）希望開發(fā)一種非侵入性、持續(xù)的健康監(jiān)測系統(tǒng)，超越當前可穿戴設備的有限功能。 

傳統(tǒng)汗液監(jiān)測器的挑戰(zhàn)

盡管汗液監(jiān)測可穿戴設備有潛在的好處，但研究人員在設計這些設備時面臨著幾個障礙。

根據(jù)加州理工學院的研究人員的說法，挑戰(zhàn)之一是目前的汗液傳感器在他們關注的分析物數(shù)量方面受到嚴重限制。這是因為大多數(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。由于這個缺點，現(xiàn)有技術很少檢測到大多數(shù)臨床相關的營養(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。這需要用戶進行劇烈運動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使用的，在單次汗液樣本后會失去附著力或功能。

加州理工學院創(chuàng)造了一個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，加州理工學院的研究人員提出了一種新的汗液監(jiān)測系統(tǒng)，可以解決上述問題。

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

該團隊使用稱為分子印跡聚合物的技術創(chuàng)建了一個超靈敏的汗液監(jiān)測系統(tǒng)。這些分子印跡聚合物充當接收特定分析物的容器。這些聚合物內部是一種材料，當暴露在人體汗液中時，這種材料會在電壓下被氧化或還原。通過定制傳感器以針對特定分析物進行調整，與以前的解決方案相比，該系統(tǒng)需要更少的汗水來檢測分析物。該技術還允許系統(tǒng)可重復使用。

由于該系統(tǒng)需要更少的汗水，該團隊還開發(fā)了一種微流體系統(tǒng)，可以捕獲和分析小樣本。在這種設計中，患者會通過微弱的、無法察覺的電流流向皮膚出汗。然后通過微流體通道收集產(chǎn)生的汗液并輸送到分析點，在那里可以評估代謝物和營養(yǎng)物質。

到目前為止，該系統(tǒng)已在實驗室人類患者中取得成功，但該團隊表示，在該技術進入市場之前還需要進行更多測試。