中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)
China Electronic Components Association
近期，美國華盛頓州立大學(xué)（Washington State University，WSU）的研究人員開發(fā)了一款可穿戴健康監(jiān)測(cè)傳感器，能夠可靠地測(cè)量體育鍛煉時(shí)人體汗液中重要生化物質(zhì)的水平。
可穿戴健康監(jiān)測(cè)傳感器柔韌性很好
這款3D打印的可穿戴健康監(jiān)測(cè)傳感器在未來有望提供一種簡(jiǎn)單、無創(chuàng)的方式來追蹤人體健康狀況，診斷如糖尿病、痛風(fēng)、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(cè)傳感器能準(zhǔn)確測(cè)量志愿者的血糖、乳酸和尿酸水平，以及他們?cè)谶\(yùn)動(dòng)過程中的出汗情況。
該論文的第一作者、華盛頓州立大學(xué)博士生Chuchu Chen說：“糖尿病是全球性的健康問題。我認(rèn)為3D打印技術(shù)將對(duì)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(cè)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(duì)該設(shè)備做概念驗(yàn)證，研究人員采用3D打印技術(shù)，利用獨(dú)特的一體成型制造工藝來創(chuàng)建可穿戴健康監(jiān)測(cè)傳感器。同時(shí)，他們使用單原子催化劑和酶促反應(yīng)來增強(qiáng)信號(hào)，并測(cè)量低水平的生物標(biāo)志物?？纱┐鹘】当O(jiān)測(cè)傳感器上的三個(gè)生物傳感單元會(huì)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(fēng)、腎病或心臟病的風(fēng)險(xiǎn)。血糖水平用于監(jiān)測(cè)糖尿病，乳酸水平則可指示運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。
華盛頓州立大學(xué)機(jī)械與材料工程學(xué)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(biāo)。”
可穿戴健康監(jiān)測(cè)傳感器測(cè)量志愿者手臂上的汗液。作為原型測(cè)試的一部分，汗液被染成了紅色。藍(lán)色貼片用于實(shí)驗(yàn)室對(duì)比
然而，研究人員指出，人體汗液中這些重要的化學(xué)物質(zhì)的含量很少，很難測(cè)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(fù)雜，需要具備專業(yè)知識(shí)，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(xué)機(jī)械與材料工程學(xué)院的研究教授Annie Du（Annie Du和Kaiyan Qiu領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究）說：“使用單原子催化劑來提高可穿戴健康監(jiān)測(cè)傳感器的靈敏度和準(zhǔn)確性這個(gè)想法很新穎?！?/p>
這款可穿戴健康監(jiān)測(cè)傳感器由極其微小的通道組成，用于測(cè)量人體出汗率和生物標(biāo)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(shí)可能引起的污染問題。
Kaiyan Qiu說：“我們需要測(cè)量生物標(biāo)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(dú)特的方法來打印自我支撐的微流控通道的原因?！?/p>
當(dāng)研究人員將志愿者手臂上的可穿戴健康監(jiān)測(cè)傳感器與實(shí)驗(yàn)室結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)可穿戴健康監(jiān)測(cè)傳感器準(zhǔn)確可靠地測(cè)量了人體化學(xué)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(biāo)志物來測(cè)量，其實(shí)他們可以添加更多的生物標(biāo)志物，并且生物標(biāo)志物可以定制。對(duì)志愿者來說，這些可穿戴健康監(jiān)測(cè)傳感器穿戴在身體上也很舒適。
目前，研究人員正在努力進(jìn)一步改進(jìn)該設(shè)備的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。他們還希望將這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化。華盛頓州立大學(xué)商業(yè)化辦公室（WSU Office of Commercialization）也提交了一份臨時(shí)專利申請(qǐng)，以保護(hù)與該技術(shù)相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。這項(xiàng)研究獲得美國國家科學(xué)基金會(huì)（National Science Foundation）和美國疾病控制與預(yù)防中心（Centers for Disease Control and Prevention）的資助，啟動(dòng)基金也是他們資助的。
論文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.4c00528
