生病的時候去醫院有很多讓人煩心的事情：支付高額的檢查費，坐在候診室，過時的雜誌，病人咳嗽而掩不住嘴。但是，對於許多人來說，看病最糟糕的事情是被針扎住了。驗血是評估您身體狀況的一種久經考驗的方法，但這種不適是不可避免的。加州理工學院的科學家說，也許不是。
在《自然生物技術》上發表的一篇新論文中，醫學工程助理教授高偉領導的研究小組研製了一種可批量生產的可穿戴傳感器，該傳感器可以通過分析人們的汗液來監測其血液中的代謝物和營養素水平。
激光雕刻的柔性傳感器可以監測出汗的健康狀況。來源：加州理工學院
以前開發的可檢測汗液傳感器主要針對高濃度出現的化合物，例如電解質，葡萄糖和乳酸。研究人員說，高先生的汗液傳感器比目前的設備更靈敏，並且可以檢測濃度低得多的汗液化合物，而且更易於製造。
這種傳感器的不斷研發將使醫生能夠連續監測患有心血管疾病，糖尿病或腎臟疾病等疾病的患者的狀況，所有這些疾病都會導致血液中營養物質或代謝產物的含量異常。使醫生更好地瞭解患者的病情將使患者受益，同時避免使用皮下注射針頭造成侵入性的痛苦。
“這種可穿戴的汗液傳感器能在分子水平上快速，連續，無創地捕獲健康變化的潛力，”高說。“它們可以實現個性化監控，早期診斷和及時干預。”
高偉的工作專注於開發基於微流體技術的設備，這是技術專門處理少量液體，通過寬度不到四分之一毫米的通道進行處理。微流體是此類應用的理想選擇，因為它可將汗液蒸發和皮膚汙染對傳感精度的影響降至最低。當新鮮供應的汗液流過微通道時，該設備可以更準確地測量汗液並捕獲濃度的時間變化。
醫學工程學助理教授高偉（Wei Gao）監視志願者在運動時佩戴柔性汗液傳感器的情況。來源：加州理工學院
高偉和他的同事說，到目前為止，基於微流體的可穿戴傳感器大多是通過光刻蒸發工藝製造的，這需要複雜且昂貴的製造工藝。相反，他的團隊選擇了用石墨烯（一種薄片狀的碳）來製造生物傳感器。基於石墨烯的傳感器和微小的微流體通道都是通過用二氧化碳激光雕刻塑料板而創建的，該設備現在非常普遍，普通家庭也可以可以使用。
研究小組選擇可以測量呼吸頻率，心率以及尿酸和酪氨酸水平的生物傳感器。選擇酪氨酸是因為它可以指示代謝紊亂，肝臟疾病，飲食失調和精神疾病。選擇尿酸是因為它與痛風有關，痛風是一種疼痛性關節疾病，在全球範圍內呈上升趨勢。當體內高水平的尿酸開始在關節（尤其是腳的關節）中結晶時，就會發生痛風，從而引起刺激和炎症。
為了查看傳感器的性能如何，研究人員對健康的志願者和患者進行了一系列對比測試。為了檢查志願者的身體健康狀況影響的汗酪氨酸水平，他們使用了兩類人：訓練有素的運動員和身體素質一般的人。
正如預期的那樣，傳感器顯示出運動員汗液中的酪氨酸含量較低。為了檢查尿酸水平，他們帶了一組健康的人，在他們禁食時以及進食富含嘌呤的食物後監測了他們的汗水，嘌呤是食物中被代謝成尿酸的化合物。飯後傳感器顯示尿酸水平升高。高偉團隊還對痛風患者進行了類似的測試。傳感器顯示他們的尿酸水平比健康人高得多。
為了檢查傳感器的準確性，研究人員還從痛風患者和健康受試者中抽取了血液樣本。傳感器尿酸測量水平強烈與血液中的化合物的水平相關。
高偉說，這些傳感器的高靈敏度以及易於製造的特性，意味著它們可以被患者用於監測痛風，糖尿病和心血管疾病等疾病。這些健康狀況的準確實時信息可以讓患者根據需要調整自己的用藥水平和飲食。
“考慮到異常的循環營養和代謝產物與許多健康狀況有關，從此類可穿戴傳感器收集的信息對於研究和醫學治療都將是無價之寶。”
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