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監(jiān)測身體健康,也許只需一滴汗?

來源:泰然健康網(wǎng) 時間:2024年12月06日 23:57

  監(jiān)測身體健康,也許只需一滴汗?。 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(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)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(zhuǎn)導(dǎo)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(guān)鍵電解質(zhì)離子,相當(dāng)于醫(yī)療健康監(jiān)測的預(yù)報燈。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會納米》期刊上。

   監(jiān)測汗液中電解質(zhì)離子的全集成多路腕表。課題組供圖

   汗液中的電解質(zhì)離子:

   人體健康指標(biāo)的晴雨表

   黃行九介紹,汗液作為人體的自然產(chǎn)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(nèi)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。

   汗液含有電解質(zhì)、代謝產(chǎn)物、藥物、微量元素等多種成分。尤其是電解質(zhì)離子,如鉀、鈉、鈣等,其在體內(nèi)的平衡狀態(tài)對神經(jīng)傳導(dǎo)、肌肉收縮、心臟跳動等生命活動至關(guān)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(dǎo)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(biāo),其濃度變化往往與多種疾病密切相關(guān)。通過分析汗液中的離子濃度,我們就可以監(jiān)測體內(nèi)水分平衡、電解質(zhì)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(yù)警信號。黃行九說道。

   可穿戴汗液離子監(jiān)測設(shè)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(lǐng)域有著巨大的潛力。

   最初,汗液成分的化學(xué)分析多依賴于大型儀器。后來,隨著微電子技術(shù)和生物傳感技術(shù)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(biāo)信息。

   通過集成微流控技術(shù),傳感器能以更少的樣本量完成高效分析;結(jié)合無線傳輸技術(shù),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(shè)備設(shè)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(zhì)離子的檢測,成為當(dāng)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(yù)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(guān)乎傳感器的應(yīng)用效果和使用壽命,是長期可靠運行的關(guān)鍵。

   黃行九強調(diào),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(zhǔn)、用得久,這是長期可靠監(jiān)測的硬指標(biāo)。

   因此,如何設(shè)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(chǎn)的傳感器陣列、新型汗液微流通道、高效信號轉(zhuǎn)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(guān)鍵電解質(zhì)離子,為人體健康監(jiān)測提供實時分析和預(yù)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(zhǔn)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(shè)計、界面機理研究、傳感器芯片量產(chǎn)、模塊化完全集成等多方面的綜合考量,為推動多種技術(shù)融合的可穿戴電化學(xué)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(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、電子工程與微納制造等多學(xué)科技術(shù),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(xué)報王敏 蔡鑫)

   相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1021/acsnano.3c13035

  
作者:黃行九等 來源:《美國化學(xué)學(xué)會納米》

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