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这款“汗液监测”生物传感器,可以刺激使用者出汗

2017/08/08 来源:生物探索
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导读
美国辛辛那提大学(UC)的一个团队通过开发一种能够刺激一小块皮肤上的汗腺的创可贴大小的装置来解决这个问题。

The UC study used a low electric current and carbachol gel to stimulate sweat under a sensor the size of a Band-Aid. (Photo provided)

每个人都有流汗的体验,这是正常的生理现象。但你可知道,就是这常见的汗液,却可以检测出人的身体状况。

汗液监测成为“体液诊断”研究热点

用体液来检测身体情况很司空见惯,医院的化验大多依靠各类体液。其中,血液分析被认为是生物计量分析领域的黄金标准。但是,血液分析对人体具有创伤性,而且常常需要在实验室才能进行。如果要医生在几小时或者几天内持续监测血样,难度相当大。

然而,汗液却提供了一种无创的替代方案。

汗液是由汗腺分泌的一种体液,其中中包含许多与身体相关的信息,通过分析汗液里面的生化指标,我们可以更好地了解身体健康状况,例如监测心率、运动状况、水分和肌肉疲劳度。另外,汗液还能反映出一些疾病,例如汗液中的盐浓度可能与囊包性纤维症相关;而汗液中的pH值水平则可能与皮肤病或者糖尿病相关。

据科学家称,相对于唾液和泪液,汗液中的化学指标更加适用于健康监测。汗液像血液一样具有患者的有用信息。相对于血液来说,测试汗液还有其他的优点,例如抽一次血,你只能得到一个时间点的数据;而通过汗液,你可以检测到随着时间变化的生物标志物浓度数据,从出汗的时机、汗量以及原因,都可以看出些端倪。

因此,汗液监测成为了近年来“个性化医疗”(体液诊断)研究的潮流之一。根据市场研究公司IBISWorld的数据,基于体液检测的“生物传感器”市场仅在美国就高达880亿美元,而随着新技术的出现和竞争的加剧,这一行业在未来五年内将出现爆炸式增长。

汗液监测的痛点:“没汗”时咋测?

众所周知,体液中的钠离子可以检测身体的脱水情况,氯离子可以用来诊断囊肿型纤维化,葡萄糖可以来检测糖尿病。因此,越来越多的监测设备内嵌个性化定制的“生物传感器”,用于监测汗液中的各种化学物质。

不过,据悉汗液检测技术的最大痛点是需要“依赖身体出汗”,这意味着用法仅限于运动员或需要体力消耗。

辛辛那提大学Jason Heikenfeld教授与消防员Roger Rose共同测试传感器. (Dottie Stover/UC Creative Services)

刺激出汗的生物传感器“腾空出世”

辛辛那提大学工程师Jason Heikenfeld教授. (Lisa Ventre/UC Creative Services)

最新发表在Lab on a Chip《芯片实验室》期刊上的一篇论文揭示:来自美国辛辛那提大学(University of Cincinnati,UC)团队开发了一种能够刺激一小块皮肤上的汗腺排汗的“创可贴”,以解决“没汗”的尴尬。团队使用了含有卡巴胆碱化学品的凝胶成功地刺激了汗液产生,内嵌的记忆泡沫填充物以允许生物传感器和皮肤之间的更好接触,采用了一种称为离子电渗疗法的方法,其使用微小、不可察觉的电流将少量的卡巴胆碱引入皮肤的上层,并成功地检测到基于汗液的传感器结果。

据悉,这款设备与已经问世的“汗液检测传感器”最大不同之处在于,可以检测多种激素和化学物质(可追踪在压力状态下皮质醇等荷尔蒙的变化),且不需要一个人通过跑步出汗。(美国空军已经对这项技术感兴趣,因为它可能测量飞行员的皮质醇水平。)

标志着汗液传感技术的重大飞跃

研究小组认为,这项工作标志着汗液传感技术的重大飞跃;创新的最终结果可能是发展如果各种基于汗液的可穿戴生物传感器,尤其是能够在某些时间段内测试某些化学物质或激素水平的微小变化。

领衔这项研究的Jason Heikenfeld教授表示:“人们长期以来都忽视了汗水,因为尽管它可以成为生物标志物的更高质量的液体,但你不可能依赖于获取这些汗液。我们的目标是在需要的时候实现刺激出汗的方法。想象一下,当心脏病患者已经出院了仍然可以进行监测(尤其适用于后续随访),提前预防运动员是否会出现一定浓度的脱水状况。

参与研究的Zachary Sonner则表示,这款设备的最终目标是解决生物医学应用的方便性和可靠性。对于像飞行员等高压力工作环境,在飞行时并不能抽血,如果采用这种传感器,就可以实时分析汗液,以了解他们的身体对压力情况的反应。

最后,在研究者看来,这款设备节省了去血液实验室或医生办公室的不必要的时间和金钱?完全值得拥有。

参考资料:

A better biosensor? No sweat 

New biosensor stimulates sweat even when patient is resting and cool

Integrated sudomotor axon reflex sweat stimulation for continuous sweat analyte analysis with individuals at rest

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