炎炎夏日，太陽暴曬之下，光是走在路上就能出一身的汗。不過擦拭汗水時，你是否想過，僅僅通過一滴汗，就能洞察身體的健康狀況？

近日，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所研究員黃行九團隊研發(fā)出了包含固體接觸材料、傳感器陣列、微流控芯片、信號轉導與處理及數(shù)據(jù)可視化等多個模塊的全集成多路腕表，能夠精確識別汗液中的鉀、鈉、鈣等關鍵電解質離子，相當于醫(yī)療健康監(jiān)測的“預報燈”。相關研究成果日前發(fā)表在《美國化學學會納米》期刊上。

 監(jiān)測汗液中電解質離子的全集成多路腕表。課題組供圖

汗液中的電解質離子：

人體健康指標的“晴雨表”

黃行九介紹，“汗液作為人體的自然產物，遠不止是利用簡單的水分蒸發(fā)來實現(xiàn)體表降溫那樣簡單。汗液蘊藏著豐富的健康信息，是連接內在機能與外界環(huán)境的橋梁，已經(jīng)成為研究人員監(jiān)測人體健康的重要渠道?！?/p>

汗液含有電解質、代謝產物、藥物、微量元素等多種成分。尤其是電解質離子，如鉀、鈉、鈣等，其在體內的平衡狀態(tài)對神經(jīng)傳導、肌肉收縮、心臟跳動等生命活動至關重要，是維持人體正常生理功能的必需品。

例如，鉀離子參與心臟肌肉細胞和心肌細胞靜息/動作電位的形成，與心臟的正常跳動和節(jié)律有著密不可分的聯(lián)系，流失過多可能影響心臟跳動和神經(jīng)肌肉功能，而鈉離子的流失可能導致疲勞、頭暈、肌肉痙攣等癥狀。

因此，汗液中的離子濃度作為評估人體水分平衡、神經(jīng)肌肉功能乃至心臟健康的一個重要指標，其濃度變化往往與多種疾病密切相關?！巴ㄟ^分析汗液中的離子濃度，我們就可以監(jiān)測體內水分平衡、電解質狀態(tài)、能量代謝情況乃至一些疾病等潛在健康問題的早期預警信號。”黃行九說道。

可穿戴汗液離子監(jiān)測設備：

健康科技的“保護俠”

與其他生物流體，比如血液、尿液等體液的監(jiān)測相比，汗液監(jiān)測有其獨特的優(yōu)勢：既沒有很強的侵入性，不用扎針，還可以實現(xiàn)連續(xù)長時間監(jiān)測，極大地提高了使用者的舒適度，因此在健康監(jiān)測和醫(yī)療診斷領域有著巨大的潛力。

最初，汗液成分的化學分析多依賴于大型儀器。后來，隨著微電子技術和生物傳感技術的快速發(fā)展，研究人員開發(fā)出了多種更加先進的傳感器，能夠直接貼合人體表皮，實時“解析”汗液，從中獲取各種重要的生理指標信息。

通過集成微流控技術，傳感器能以更少的樣本量完成高效分析；結合無線傳輸技術，傳感器能實時同步數(shù)據(jù)至智能手機或云端，為用戶提供即時的健康反饋。

小小的穿戴設備設計精巧地貼合于皮膚表面，可隨時隨地實現(xiàn)微量汗液中電解質離子的檢測，成為當今健康科技的“保護俠”。

全集成多路腕表：

醫(yī)療健康檢測的“預報燈”

汗液離子傳感芯片的核心部件是固體接觸層，其穩(wěn)定性關乎傳感器的應用效果和使用壽命，是長期可靠運行的關鍵。

黃行九強調，“聚焦電位傳感芯片的核心模塊，提高汗液傳感器穩(wěn)定性能，保障傳感界面的穩(wěn)定性。只有傳感芯片穩(wěn)了，才能測得準、用得久，這是長期可靠監(jiān)測的硬指標?！?/p>

因此，如何設計一個高穩(wěn)定的固體接觸界面，同時開發(fā)全集成多模塊汗液離子傳感器，對于多種離子的實時穩(wěn)定監(jiān)測極為重要。

黃行九等人研發(fā)的全集成多路腕表包含高穩(wěn)定的固體接觸層、可批量化生產的傳感器陣列、新型汗液微流通道、高效信號轉換與處理系統(tǒng)，以及直觀的數(shù)據(jù)可視化界面，能夠精確識別與監(jiān)測汗液中的鉀、鈉、鈣等關鍵電解質離子，為人體健康監(jiān)測提供實時分析和預警。

值得一提的是，該腕表即使在存放半年后，仍能夠保持對人體汗液中鉀、鈉、鈣離子的精準監(jiān)測，長期可用性遠超其他多種傳感芯片。

黃行九介紹，“這項研究深刻融入了材料設計、界面機理研究、傳感器芯片量產、模塊化完全集成等多方面的綜合考量，為推動多種技術融合的可穿戴電化學汗液傳感器提供了更多可能性。”

黃行九表示，未來，汗液傳感器的研發(fā)將融合材料科學、化學、生物學、醫(yī)學、電子工程與微納制造等多學科技術，使得汗液監(jiān)測更加精確、全面和深入，讓人們能夠更加方便、快捷地獲取身體的健康信息，為人們的生活帶來更多的便利和安心。（來源：中國科學報 王敏 蔡鑫）

相關論文信息：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c13035

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