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你的汗液“看穿”你:新一代健康追踪器柔性贴片比苹果手表更懂你的健康管家

发布时间:2019-01-24 访问次数:593次 来源:柔性电子与智能包装 分享:

不久的将来,也许在一年之内,你就可以在手臂上贴一块柔软而有弹性的贴片。这块贴片可以告诉你是否脱水了,或者电解质严重失衡,甚至你是否患有糖尿病。



Fitbit和苹果手表等健康追踪设备已经可以追踪步数、心率和睡眠节律。但它们往往块头大且质地不柔软,而且主要是用于收集机械指标,而不会评估一个人的基本生理特征。

相反,新一代设备的目标是同时分析汗液的多种化学物质,生成穿戴者健康状况的实时快照。从早产儿到老年人,这些设备非常贴合皮肤,而且不会产生任何不舒适感。其中一个版本已经在佳得乐做广告了。

这项技术的最新进展于上周五发表在《Science Advances》杂志上,它提供了佩戴者pH值、出汗率、氯离子、葡萄糖和乳酸水平的实时信息——高水平的氯离子水平可能预示着囊性纤维化、糖尿病或缺氧。

伊利诺伊州西北大学(Northwestern University)的生物医学工程师、该设备的主要设计者John Rogers说,“这符合你在医学上看到的一个更广泛的趋势,即个性化、量身定制的治疗和护理方法。”

像这样的技术已经被期待了很多年,但是这个领域发展得很快。一些正在开发中的类似设备是柔性的。有些使用电子传感器读取化学物质。另一些依赖于比色法,在比色法中读出的颜色的强度与被监测的化学物质的浓度相匹配。新设备可以在无电池和无线的形式下提供所有这些功能。

奥地利林茨市约恩斯开普勒大学(Joannes Kepler University Linz)的工程学教授Martin Kaltenbrunner:“这篇论文展示的技术水平非常非常先进。”

这种新设备的底部有一些小孔,汗液可以自然地流进去。之后,一个由阀门和微通道组成的复杂网络--每个微通道的宽度都和人的头发相当,将汗液输送到微小的储液器中。每个储液器都包含一个传感器,它能与汗液中的一种化学物质(如葡萄糖或乳酸)发生反应。

“基本上就是这样,”Rogers博士说。“设备不需要穿透皮肤,也不需要驱动汗液的电源。”

该设备依赖于智能手机用来发送无线支付的相同技术;手机既可以通过这种无线耦合传输电能,也可以接收数据。或者,这些数据可以被发送到附在跑步机上或健身房里其他地方的阅读器上——也许最终会被发送到远程的阅读器上。

这个系统是多功能的,可以设置成跟踪同一种化学物质,也可以设置成随着时间的推移跟踪多种化学物质,比如马拉松比赛中跑步者的乳酸水平。因为这种装置是防水的,而且是用模压成型的,所以游泳者也可以用它来跟踪自己的表现。

最终,该设备将被汗水浸渍——不那么卫生——但通道系统可以很容易地与电子设备分离并更换,从而延长设备的寿命。“这种方法特别好,这种传感器的模块化结构,”Kaltenbrunner博士说。

要想大规模销售,任何基于汗液的传感器都需要以低成本生产。Kaltenbrunner博士说,许多团队之所以关注这一目标,是因为这些设备有可能改变医疗健康。“

Rogers博士的团队已经开始测试这项技术,以筛查一种罕见的遗传性疾病——囊性纤维化。医生们已经通过观察儿童汗液中的氯化物浓度来确定儿童是否患有这种疾病,但他们通常会使用一种固定的、不舒服的装置,将其紧紧地绑在儿童的手臂上进行一次性测量。

在2017年,另一个团队描述了一种灵活的、可穿戴的传感器,这种传感器还可以分析汗液中的氯化物,以筛查囊性纤维化。但这种传感器是电池供电的,不像 Rogers博士的设备那样能单独捕捉汗液。

“真正需要的是用于人类健康的大数据,”提出早期传感器的团队成员、加州大学伯克利分校电子工程和计算机科学教授Ali Javey说。Rogers博士发明的装置“真的很重要,”Javey博士说,因为它“穿着舒适,有不同的感知模式,而且很牢固。”

Rogers博士的团队一直在芝加哥卢里儿童医院对患有囊性纤维化的儿童进行测试。他们正处于临床试验的后期,计划向食品和药物管理局申请批准。

传感器更大的市场在于帮助美国大约3000万糖尿病患者跟踪他们的血糖水平。FDA于2017年批准的最先进的糖尿病传感器是一种连接小读卡器的柔性皮肤贴片,它依靠刺入皮肤的微型针头来监测血糖。

该理想的设备不需要插入针头或抽血。然而,要使用汗液来代替,科学家首先需要了解更多关于汗液的知识——个人的汗液率如何变化,不同的生物化学物质如何进入汗液,以及这些水平如何反映血糖。

这项新研究强调了Milla博士的担忧。该仪器测量了汗液中的葡萄糖含量,但结果表明,这并不能很好地代表血液中的葡萄糖含量。汗液中的血糖水平反映的是30到60分钟前的血糖水平,对于糖尿病患者来说,这个时间太长了。

“这表明,这可能不像人们最初希望的那么简单,”Rogers博士说。他补充说,汗液中的葡萄糖可能更有助于糖尿病筛查,而不是实时监测血糖水平。

罗杰斯博士还在与合作者合作开发尿素和肌酐传感器,这两种指标可以反映肾脏的功能状况,并绘制出中风患者康复过程的图表。其他实验室,比如加州理工学院Wei Gao领导的一个实验室,正试图开发针对包括抑郁症在内的心理健康状况的传感器。

其中许多方面的进展可能很快。2016年11月,Rogers博士描述了他的设备使用比色分析汗水的早期愿景。几周内,他就与佳得乐和欧莱雅就这项技术进行了谈判。去年12月,佳得乐推出了一则以Serena Williams为特色的广告,并暗示将推出一系列基于人体汗液性质的产品。欧莱雅正在推广一款追踪皮肤水分的小贴纸。

“这项技术发展的太快了,”Rogers博士说。“两三年内推出只是一个非常保守的估计。”