中國電子元件行業(yè)協(xié)會
China Electronic Components Association
近期，美國華盛頓州立大學（Washington State University，WSU）的研究人員開發(fā)了一款可穿戴健康監(jiān)測傳感器，能夠可靠地測量體育鍛煉時人體汗液中重要生化物質(zhì)的水平。
可穿戴健康監(jiān)測傳感器柔韌性很好
這款3D打印的可穿戴健康監(jiān)測傳感器在未來有望提供一種簡單、無創(chuàng)的方式來追蹤人體健康狀況，診斷如糖尿病、痛風、腎臟疾病以及心臟病等常見疾病。
相關(guān)研究論文以“3D-Printed Flexible Microfluidic Health Monitor for In Situ Sweat Analysis and Biomarker Detection”為題發(fā)表在ACS Sensors期刊上，文中指出，研究人員利用該可穿戴健康監(jiān)測傳感器能準確測量志愿者的血糖、乳酸和尿酸水平，以及他們在運動過程中的出汗情況。
該論文的第一作者、華盛頓州立大學博士生Chuchu Chen說：“糖尿病是全球性的健康問題。我認為3D打印技術(shù)將對醫(yī)療保健領(lǐng)域產(chǎn)生一定影響，我想試試我們是否能將3D打印與疾病監(jiān)測相結(jié)合，創(chuàng)造出一款新穎的可穿戴傳感設(shè)備?！?/p>
為了對該設(shè)備做概念驗證，研究人員采用3D打印技術(shù)，利用獨特的一體成型制造工藝來創(chuàng)建可穿戴健康監(jiān)測傳感器。同時，他們使用單原子催化劑和酶促反應(yīng)來增強信號，并測量低水平的生物標志物?？纱┐鹘】当O(jiān)測傳感器上的三個生物傳感單元會通過改變顏色來指示特定物質(zhì)的水平。
人體汗液中含有很多重要的代謝物，這些代謝物可以指示人體健康狀況，但與血液采樣不同，汗液采樣是非侵入性的。人體汗液中的尿酸水平可提示患痛風、腎病或心臟病的風險。血糖水平用于監(jiān)測糖尿病，乳酸水平則可指示運動強度。
華盛頓州立大學機械與材料工程學院Berry的助理教授Kaiyan Qiu說：“出汗率也是指示人體健康的重要參數(shù)和生理指標?！?/p>
可穿戴健康監(jiān)測傳感器測量志愿者手臂上的汗液。作為原型測試的一部分，汗液被染成了紅色。藍色貼片用于實驗室對比
然而，研究人員指出，人體汗液中這些重要的化學物質(zhì)的含量很少，很難測量。雖然人們已經(jīng)開發(fā)出了其它汗液傳感器，但它們都很復雜，需要具備專業(yè)知識，利用專用設(shè)備來制造。且所需的傳感器必須是柔韌可拉伸的。
華盛頓州立大學機械與材料工程學院的研究教授Annie Du（Annie Du和Kaiyan Qiu領(lǐng)導了這項研究）說：“使用單原子催化劑來提高可穿戴健康監(jiān)測傳感器的靈敏度和準確性這個想法很新穎?！?/p>
這款可穿戴健康監(jiān)測傳感器由極其微小的通道組成，用于測量人體出汗率和生物標志物的濃度。Kaiyan Qiu表示，由于微流控通道是通過3D打印制造的，因此不需要任何支撐結(jié)構(gòu)。從而避免了支撐結(jié)構(gòu)在移除時可能引起的污染問題。
Kaiyan Qiu說：“我們需要測量生物標志物的微小濃度，所以我們并不希望這些支持材料的存在，后期還要移除。這就是我們采用獨特的方法來打印自我支撐的微流控通道的原因?！?/p>
當研究人員將志愿者手臂上的可穿戴健康監(jiān)測傳感器與實驗室結(jié)果進行比較時，他們發(fā)現(xiàn)可穿戴健康監(jiān)測傳感器準確可靠地測量了人體化學物質(zhì)的濃度以及出汗率。
雖然研究人員最初選擇了三種生物標志物來測量，其實他們可以添加更多的生物標志物，并且生物標志物可以定制。對志愿者來說，這些可穿戴健康監(jiān)測傳感器穿戴在身體上也很舒適。
目前，研究人員正在努力進一步改進該設(shè)備的設(shè)計和驗證。他們還希望將這項技術(shù)商業(yè)化。華盛頓州立大學商業(yè)化辦公室（WSU Office of Commercialization）也提交了一份臨時專利申請，以保護與該技術(shù)相關(guān)的知識產(chǎn)權(quán)。這項研究獲得美國國家科學基金會（National Science Foundation）和美國疾病控制與預防中心（Centers for Disease Control and Prevention）的資助，啟動基金也是他們資助的。
論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.4c00528
