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智能傳感貼片檢測(cè)汗液，解碼健康大數(shù)據(jù)

來源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2024年12月23日 06:37

來源：全球華人微納米合作網(wǎng)絡(luò)

汗液是機(jī)體正?；顒?dòng)的代謝產(chǎn)物，富含大量與健康相關(guān)的生物標(biāo)志物，而基于汗液檢測(cè)的智能傳感器件，則具有非侵入式和實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì)，近年來成為可穿戴健康領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。另一方面，當(dāng)今社會(huì)的醫(yī)療體系大多是被動(dòng)的，患者們只有在發(fā)覺自身有明顯的癥狀后才聯(lián)系醫(yī)生進(jìn)行病情的診斷和醫(yī)治。這種體系缺乏前期預(yù)判，也沒有辦法預(yù)防疾病發(fā)生，無法實(shí)現(xiàn)健康的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此，科研人員致力于新型醫(yī)療模式的構(gòu)建，配合可穿戴傳感器件的快速發(fā)展，既不需要昂貴大型的醫(yī)療診斷器材又可節(jié)省掉專門的醫(yī)護(hù)人員，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性，前瞻性和個(gè)人化的醫(yī)療體系。

近日，加州理工學(xué)院高偉（Wei Gao）教授研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新型皮膚上的實(shí)驗(yàn)室概念，即通過全激光加工的方式，制備了集成式多模式皮膚傳感貼片，并配合微流道結(jié)構(gòu)與柔性電路板，實(shí)現(xiàn)了汗液多項(xiàng)微量生物信息的原位準(zhǔn)確探測(cè)與實(shí)時(shí)新陳代謝管理，相關(guān)研究成果以“A laser-engraved wearable sensor for sensitive detection of uric acid and tyrosine in sweat”為題，發(fā)表于Nature Biotechnology，為下一代智能健康檢測(cè)提供了新的研究思路，受到了各界研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。

全激光加工智能多模式傳感貼片

研究人員采用激光加工方式，得到基于石墨烯的電化學(xué)傳感器、應(yīng)力傳感器與溫度傳感器，并配合激光切割微流道，實(shí)現(xiàn)了呼吸、心跳溫度等物理信號(hào)采集，以及汗液中微量成分尿酸、酪氨酸的監(jiān)測(cè)。眾所周知，酪氨酸是新陳代謝、肝臟紊亂以及神經(jīng)系統(tǒng)紊亂的重要標(biāo)記物，而尿酸則是痛風(fēng)的重要判斷指標(biāo)，尿酸指標(biāo)升高多半伴有關(guān)節(jié)腫脹、行走不便等病癥。

基于智能貼片平臺(tái)的非侵入式痛風(fēng)監(jiān)測(cè)和管理

為了驗(yàn)證該智能傳感平臺(tái)的可靠性與通用性，研究人員對(duì)健康人群與病患進(jìn)行了大量的試驗(yàn)。首先針對(duì)受個(gè)體運(yùn)動(dòng)影響的酪氨酸，研究人員分別對(duì)進(jìn)行大量訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員以及缺乏鍛煉的人群進(jìn)行了汗液采集測(cè)試，在相同的運(yùn)動(dòng)情況下，運(yùn)動(dòng)員體內(nèi)酪氨酸含量明顯更低，證實(shí)了酪氨酸可以反映機(jī)體運(yùn)動(dòng)狀況。而對(duì)于尿酸的研究，其作為人體嘌呤代謝產(chǎn)物，是主要的痛風(fēng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)。研究團(tuán)隊(duì)利用智能傳感貼片，通過對(duì)痛風(fēng)病人、高尿酸癥候群與健康人群的汗液/血液中尿酸含量的分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)了汗液中尿酸濃度與血液中的尿酸濃度具有高度關(guān)聯(lián)性，證實(shí)了汗液作為尿酸檢測(cè)體液和痛風(fēng)控制管理的可行性。

該智能傳感器件在顯示較高靈敏度的同時(shí)，兼具低成本、大規(guī)模制備等優(yōu)勢(shì)，具有讓病人在家中非侵入式監(jiān)測(cè)痛風(fēng)、糖尿病、心腦血管等疾病的可能。這種準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的健康信息可以為病人提供輔助式健康管理，及時(shí)調(diào)整用藥劑量及飲食作息。在不影響患者生活方式的同時(shí)，進(jìn)行各項(xiàng)生理信號(hào)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)管理，為實(shí)時(shí)性、前瞻性、定制化的醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)提供可能。

論文通訊作者高偉教授近年來致力于柔性電子、可穿戴設(shè)備和生物醫(yī)學(xué)納米機(jī)器人方面的研究，并以第一作者或者通訊作者在《自然》、《科學(xué)?機(jī)器人》、《自然?通訊》、《美國國家科學(xué)院院刊》、《美國化學(xué)會(huì)會(huì)刊》、《納米通訊》、《美國化學(xué)會(huì)?納米》、《先進(jìn)材料》等期刊發(fā)表論文90余篇，總引用超過10000次，高引用次數(shù)（H-index）為52。

高偉教授課題組的博士生楊依然、北京大學(xué)張海霞教授的博士生宋宇和東北師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院副教授薄祥潔博士為論文的共同第一作者。論文合作者包括Santa Clara大學(xué)的On Shun Pak教授，Princeton大學(xué)的Lailai Zhu博士，北京大學(xué)張海霞教授，UCLA醫(yī)學(xué)院的Tzung K. Hsiai與Zhaoping Li教授等。