透過汗液監測身體狀況,這款可穿戴裝置可以在身上隨便貼

透過汗液監測身體狀況,這款可穿戴裝置可以在身上隨便貼

想像一下,如果我們做體檢時就像在皮膚上貼一張貼紙那麼容易該多好。一項新的研究發現,微小的粘性感測器可以根據汗水讀取身體狀況,並將有關的健康訊息透過無線傳輸傳送到智慧手機上。將來,這種類型的可穿戴式感測器可以作為血液測試的替代品,評估人們的身體健康狀況。

汗液是一種富含化學物質的分子,從簡單的帶電離子到更複雜的蛋白質,可以揭示人體內部正在發生的變化。醫生可以利用汗液診斷某種疾病,發現毒品的使用並揭示運動表現的洞察力。材料科學家約翰·羅傑斯說:「汗液比血液更易收集」。

科學家將化學感測器和其他裝置嵌入到柔軟、靈活的矽膠圓盤中,這種圓盤大小和25美分的硬幣一樣,能夠輕易地粘到皮膚上。該裝置的設計用於收集和分析關鍵生物標誌物或健康標誌物的汗液。例如,感測器可以顯示人們對鍛鍊的反應,包括有人是否需要進行調整,例如多喝水或補充電解質。

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羅傑斯在美國生命科學網的採訪中說:「我們近幾年已經開發了各種可安裝在皮膚上的輕薄、柔軟和靈活的裝置作為可穿戴技術的下一代載體。現在,我們研發了這樣的裝置來收集和分析汗液。」

這個「可穿戴實驗室」包含「微流體」,被設計用於將流體自身內部與微電子科技裡電子的路線保持一致。具體來說,感測器將大約0.02英吋(0.5mm)寬的多個微觀通道向下排入直徑約0.16英吋(4mm)的隔室中。這些隔室中的每一個隔室都測量特定的生物標誌物,例如酸鹼值、乳酸鹽、氯化物和葡萄糖水平。

羅傑斯在一份聲明中說:「我們選擇這四種生物標誌物,因為它們提供了與健康狀況相關的特徵。該裝置還可以確定出汗速度和流汗速度,在必要的情況下,它可以儲存樣品用於隨後的實驗室分析。」

感測器隔室內的化學反應導致可見的顏色變化,這揭示了存在於汗液中的指定生物標記物的水平。當智慧手機靠近感測器時,智慧手機內的近場通信技術,例如Google錢包和蘋果支付等行動支付系統中使用的技術,使用短距離無線電波向感測器內的電子裝置供電並通信。研究員表示,之後感測器中的電子裝置使用智慧手機應用程式拍攝感測器的照片,然後應用程式可以分析此圖像來計算生物標誌物水平。

合作研究者、西北大學工程系教授黃永剛在一份聲明中說:「我們研發的汗液分析平台將允許人們現場監測他們的健康,不需要血液採樣和集成電子,不需要電池,但仍然能夠無線連接到智慧手機。」

羅傑斯說:「傳統分析汗液的方法是使用貼在皮膚上的吸收劑收集汗液並在之後離體分析。相比之下,新的感測器可以即時分析汗水。」

羅傑斯還表示,「其他科學家開發的汗液感測器可以穿戴在皮膚上。但是這些其他感測器仍然依賴吸收貼片而不是微流體通道,所以他們不能分析出人們的出汗速度。」他補充說道,「此外,與以前的汗水液感器不同,新裝置不需要使用電池。」

在實驗中,羅傑斯、黃永剛和他們的同事將他們的感測器放置於21名健康的志願者的前臂和背部,來分析他們的汗液。九名志願者在受控制的條件下在室內健身中心騎自行車,另外12名志願者參加了在乾旱和複雜的戶外條件下舉行的El Tour de Tucson長途自行車比賽。

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科學家們表示,室內騎自行車的人的感測器資料和用傳統方法分析他們汗水的資料相匹配。室外騎自行車的人的感測器也如預期的那樣,即使在沙漠這種複雜與不可預測的環境下仍然保持工作。此外,研究人員還表示,這些裝置在所有的志願者身上都沒有引起不適或讓人厭煩。

「這種感測器的目標售價是每台不到1.50美元,」羅傑斯說,「在這個價位上,我們認為用戶可以理解該裝置是一次性使用的。」

就直接的商業應用而言,科學家說他們「能夠瞭解到這個裝置可以用於健身、保健與運動,」 羅傑斯說,「運動員可以用這個裝置監測出汗量和電解質流失情況。,我們還與一家大型生物醫學裝置公司進行合作,利用這些裝置在糖尿病的背景下非侵入性地監測汗液裡的葡萄糖。」他還說,「我們也在與美國空軍合作,監測正在執勤的飛行員的健康狀況。」

研究人員補充說,他們的技術可能會擴展到其他體液,如眼淚和唾液。 

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