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(kāi)發(fā)了一款可穿戴健康監測傳感器，能夠可靠地測量體育鍛煉時(shí)人體汗液中重要生化物質(zhì)的水平。
可穿戴健康監測傳感器柔韌性很好
這款3D打印的可穿戴健康監測傳感器在未來(lái)有望提供一種簡(jiǎn)單、無(wú)創(chuàng )的方式來(lái)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(jiàn)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A(yíng)CS Sensors期刊上，文中指出，研究人員利用該可穿戴健康監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(dòng)過(guò)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(shuō)：“糖尿病是全球性的健康問(wèn)題。我認為3D打印技術(shù)將對醫療保健領(lǐng)域產(chǎn)生一定影響，我想試試我們是否能將3D打印與疾病監測相結合，創(chuàng )造出一款新穎的可穿戴傳感設備?！?/p>
為了對該設備做概念驗證，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(lái)創(chuàng )建可穿戴健康監測傳感器。同時(shí)，他們使用單原子催化劑和酶促反應來(lái)增強信號，并測量低水平的生物標志物?？纱┐鹘】当O測傳感器上的三個(gè)生物傳感單元會(huì )通過(guò)改變顏色來(lái)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。血糖水平用于監測糖尿病，乳酸水平則可指示運動(dòng)強度。
華盛頓州立大學(xué)機械與材料工程學(xué)院Berry的助理教授Kaiyan Qiu說(shuō)：“出汗率也是指示人體健康的重要參數和生理指標?！?/p>
可穿戴健康監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(shí)驗室對比
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，很難測量。雖然人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了其它汗液傳感器，但它們都很復雜，需要具備專(zhuān)業(yè)知識，利用專(zhuān)用設備來(lái)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)機械與材料工程學(xué)院的研究教授A(yíng)nnie Du（Annie Du和Kaiyan Qiu領(lǐng)導了這項研究）說(shuō)：“使用單原子催化劑來(lái)提高可穿戴健康監測傳感器的靈敏度和準確性這個(gè)想法很新穎?！?/p>
這款可穿戴健康監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(guò)3D打印制造的，因此不需要任何支撐結構。從而避免了支撐結構在移除時(shí)可能引起的污染問(wèn)題。
Kaiyan Qiu說(shuō)：“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(lái)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測傳感器與實(shí)驗室結果進(jìn)行比較時(shí)，他們發(fā)現可穿戴健康監測傳感器準確可靠地測量了人體化學(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志物來(lái)測量，其實(shí)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(lái)說(shuō)，這些可穿戴健康監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(jìn)一步改進(jìn)該設備的設計和驗證。他們還希望將這項技術(shù)商業(yè)化。華盛頓州立大學(xué)商業(yè)化辦公室（WSU Office of Commercialization）也提交了一份臨時(shí)專(zhuān)利申請，以保護與該技術(shù)相關(guān)的知識產(chǎn)權。這項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
