近日，美國加州理工學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)測其血液中的代謝物和營養(yǎng)素水平，為建立全面的健康管理輔助系統提供了新思路。相關研究結果發(fā)表于《自然—生物技術》。
研究人員認為，這些傳感器將使醫(yī)生能夠持續(xù)監(jiān)測患有心血管疾病、糖尿病或腎病等疾病的患者的狀況，所有這些疾病都會導致血液中營養(yǎng)素或代謝產物的含量異常。讓醫(yī)生更好地了解患者的病情，同時避免皮下注射針頭的侵入性接觸，對患者會有好處。
由于汗液揮發(fā)較快且易受到污染，如何有效采集、準確檢測汗液一直是科研人員面臨的一大難題。因此，尋找一種實用性強、穩(wěn)定性高、低成本、簡易化的工藝手段是關鍵。
該論文通訊作者、加州理工學院醫(yī)學工程系助理教授高偉表示：汗液的有效采集與及時更新，需要借助微流道結構，而現階段微流道結構的加工多采用光刻等復雜工藝，成本高、效率低，不利于大規(guī)模制備。
在經過大量研究后，高偉團隊發(fā)現，CO2激光加工有不同的工作模式，其中矢量模式下誘導產生的石墨烯具有多孔結構，可對外界的應變作出響應，將其作為壓阻式傳感器能夠實現人體呼吸、心跳等生理信號的監(jiān)測。在嘗試不同的激光加工參數后，研究人員完成了微流道結構的設計，研發(fā)出靈敏度高、穩(wěn)定性優(yōu)異、可對多種物質進行有效探測的電化學傳感器。
高偉在加利福尼亞理工學院網站上發(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，它們可以實現個性化監(jiān)測、早期診斷和及時干預?！?/span>
為了評估傳感器的性能，研究人員對兩組健康的個體和患者進行了一系列的測試，一組是受過訓練的運動員，另一組是一般健康的人。傳感器顯示運動員汗液中酪氨酸含量較低。為了檢測尿酸水平，研究人員監(jiān)測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。
高偉的團隊還對痛風患者進行了類似的測試，發(fā)現他們的尿酸水平遠遠高于健康人。為了檢驗傳感器的準確性，研究人員還從痛風患者和健康受試者身上采集了血樣，發(fā)現傳感器對尿酸水平的測量與血液中化合物的水平密切相關。
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)測痛風、糖尿病和心血管疾病等疾病，掌握準確的實時健康信息甚至可以讓患者根據需要調整自己的藥物水平和飲食。
研究人員認為，這些傳感器將使醫(yī)生能夠持續(xù)監(jiān)測患有心血管疾病、糖尿病或腎病等疾病的患者的狀況，所有這些疾病都會導致血液中營養(yǎng)素或代謝產物的含量異常。讓醫(yī)生更好地了解患者的病情，同時避免皮下注射針頭的侵入性接觸，對患者會有好處。
由于汗液揮發(fā)較快且易受到污染，如何有效采集、準確檢測汗液一直是科研人員面臨的一大難題。因此，尋找一種實用性強、穩(wěn)定性高、低成本、簡易化的工藝手段是關鍵。
該論文通訊作者、加州理工學院醫(yī)學工程系助理教授高偉表示：汗液的有效采集與及時更新，需要借助微流道結構，而現階段微流道結構的加工多采用光刻等復雜工藝，成本高、效率低，不利于大規(guī)模制備。
在經過大量研究后，高偉團隊發(fā)現，CO2激光加工有不同的工作模式，其中矢量模式下誘導產生的石墨烯具有多孔結構，可對外界的應變作出響應，將其作為壓阻式傳感器能夠實現人體呼吸、心跳等生理信號的監(jiān)測。在嘗試不同的激光加工參數后，研究人員完成了微流道結構的設計，研發(fā)出靈敏度高、穩(wěn)定性優(yōu)異、可對多種物質進行有效探測的電化學傳感器。
高偉在加利福尼亞理工學院網站上發(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，它們可以實現個性化監(jiān)測、早期診斷和及時干預?！?/span>
為了評估傳感器的性能，研究人員對兩組健康的個體和患者進行了一系列的測試，一組是受過訓練的運動員，另一組是一般健康的人。傳感器顯示運動員汗液中酪氨酸含量較低。為了檢測尿酸水平，研究人員監(jiān)測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。
高偉的團隊還對痛風患者進行了類似的測試，發(fā)現他們的尿酸水平遠遠高于健康人。為了檢驗傳感器的準確性，研究人員還從痛風患者和健康受試者身上采集了血樣，發(fā)現傳感器對尿酸水平的測量與血液中化合物的水平密切相關。
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)測痛風、糖尿病和心血管疾病等疾病，掌握準確的實時健康信息甚至可以讓患者根據需要調整自己的藥物水平和飲食。
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