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通过测量汗液来监测健康风险的新型腕带
2016-02-24

 

[据美国科学杂志官方网站2016127日报道]大多数,甚至是市场上最高端的健身跟踪器,能做到的仅仅是计算你的步程或者测量你的心率。但研究人员已经研发出一种实现更多功能的器件:它植入在头带或者腕带中,能够监测人体汗液中的化学物质。科学家们认为该器件可能用于无创性评估医疗条件,辨别滥用药物,或者帮助教练和训练师优化优秀运动员的表现。

可穿戴电子可能在重视健康的人群中风靡一时,这些器件大多数像手表一样戴在手腕上,但是它们的功能通常局限于根据心率或者运动里程来计算卡路里的消耗。但是,从每个活跃的正常人所做的事情中可以获得一个有价值的信息:汗液。加州大学伯克利分校的电子工程师Ali Javey 认为人体的汗液含有丰富的物质,这些物质能够告诉我们人体内部发生了什么。

Javey 和他的同事开发了一款能够挖掘汗液中大量信息的原型带子。该器件有两个主要的部分,其中一部分由柔性塑料制成,该部分含有能够测量钠和钾离子(构成汗液盐分的关键电解质)以及葡萄糖和乳酸浓度的定制传感器,这些传感器提供了人体细胞内发生进程视角。在大多数细胞中,当细胞缺乏足够氧气时,由乳酸形成阴离子——乳酸盐的积累能够扰乱人体的PH平衡。Javey 还提到,温度传感器用于帮助校正由其他传感器收集的信息。该器件的另一部分则是一块含有11个芯片的柔性电路板。这些芯片共同翻译来自传感器的信息并将这些信息无线传输给附近的笔记本电脑或者手机。

该器件创造性的避开了困扰早期尝试接触汗液的两个问题:柔性和计算能力。Javey 提到,工程师们过去使用硅基芯片时发现非柔性元件通常不能保持与人的皮肤相接触。其他使用柔性塑料基板的电子器件团队认为这些器件通常都缺乏满足测量多种物质或者包含多种功能的要求的计算能力。

并未参加该项目的俄亥俄州辛辛那提大学的电子工程师Jason Heikenfeld认为,没有任何人能够同时测量多个事物。“你能同时测量多个事物之时,便是你更加聪明之日。

 

该器件正如预料的那样被用于实验室对志愿者骑固定脚踏车的测试,研究人员的报告今天在Nature上线。除了便携和无创(不需要针头!)之外,该原型还能够实时监测化学物质,节约了通常需要采样和传输这些物质到具有大型、昂贵器件的实验室进行分析所花的时间和精力。

伊利诺伊大学香槟分校的一位材料科学家John Rogers说:“连续监测汗液的能力提供了新的功能。”除了人类生理学基本的研究之外,该器件还可用于各种临床表现包括人们如何对于兴奋或其他压力做出反应医生能够通过抑制滥用药物,定制传感器测量药品(无论是合法或者不合法)的副产物以及生物指标来监测一切。

 

此外,Javey 还提到该器件能够用于监测一段时间内不同病人在治疗过程中对于同一种药物反应的快慢。该器件还能够提醒运动员和病人各种医疗状况,包括疲劳、脱水和过热。

目前,该团队原型产品的电路板部分仍然较大。但是研究人员使用的11块芯片能够集成在单个专门设计的芯片上,这将使该器件的未来版本更小并可用于婴儿、儿童以及成人。此外,下一代版本是一款能够实现断开传感器和计算功能,但保持和重新使用电子器件的产品。

 

Javey认为,要将该团队的器件商业化为一个医疗产品还需要长期的临床测试以及FDA美国食品和药物管理局)评估,这个过程可能需要数年时间。但是仅仅只是用作健身监视器的版本则不需要这样的测试和评估。(工业和信息化部电子科学技术情报研究所 唐旖浓)

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