電解質(zhì)和代謝產(chǎn)物的實時測量可用于診斷和監(jiān)測疾病或跟蹤表現(xiàn)

汗液傳感器的乳酸曲線

運動時來自汗液傳感器的乳酸曲線

馬薩諸塞州梅德福/默默維爾(2020年7月28日)—塔夫茨大學的工程師們創(chuàng)造了一種首創(chuàng)的柔性電子感應(yīng)貼片，該貼片可以縫在衣服上，以分析汗液中的多個標記。該貼片可用于診斷和監(jiān)測急性和慢性健康狀況，或在運動或工作場所表現(xiàn)期間監(jiān)測健康。今天在NPJ柔性電子雜志上描述的該設(shè)備包括特殊的傳感線程，柔性電子組件和用于實時數(shù)據(jù)采集，存儲和處理的無線連接。

典型的消費者健康監(jiān)視器可以跟蹤心率，溫度，血糖，步行距離和其他總體測量值。但是，對于醫(yī)療數(shù)據(jù)收集或高性能運動或軍事應(yīng)用，需要對個人的健康，壓力和表現(xiàn)有更詳細的了解。特別地，諸如電解質(zhì)和其他生物分子的代謝標記物為人類健康提供了更直接的指標，以準確評估運動成績，工作場所安全性，臨床診斷和管理慢性健康狀況。

塔夫茨(Tufts)工程師創(chuàng)建的貼片設(shè)備可對汗液中存在的重要生物標志物進行實時測量，包括鈉和銨離子(電解質(zhì))，乳酸鹽(代謝產(chǎn)物)和酸度(pH)。該設(shè)備平臺還具有足夠的通用性，可以集成多種傳感器，可追蹤汗液中幾乎所有標記。進行的測量可以用于診斷。例如，汗液中的鈉可以指示人體的水合作用狀態(tài)和電解質(zhì)不平衡。乳酸濃度可以指示肌肉疲勞;氯離子水平可用于診斷和監(jiān)測囊性纖維化;皮質(zhì)醇是一種壓力激素，可用于評估情緒壓力以及新陳代謝和免疫功能。

運動員在體育鍛煉過程中可以監(jiān)視各種指標，以幫助預(yù)測比賽中的表現(xiàn)高峰或低落。

通過涂有導(dǎo)電油墨的柔性線，可以將傳感器集成到衣服中。不同的涂層會改變螺紋的功能。例如，可以通過用摻有乳酸氧化酶的酶促傳感材料包被線來檢測乳酸。pH感應(yīng)線涂有對酸度敏感的聚苯胺，依此類推。線傳感器陣列集成到衣服或補丁中，并連接到微型電路模塊和微處理器，并具有與智能手機通信的無線功能。

“汗水是健康監(jiān)測的有用流體，因為它很容易獲得并且可以非侵入性地收集，”塔夫茨大學工程學院博士后學者，該研究的第一作者 Trupti Terse-Thakoor說。“我們可以在汗液中吸收的標志物也與血漿水平密切相關(guān)，這使其成為一種出色的替代診斷液。”

研究人員在人體受試者上測試了該設(shè)備，以監(jiān)測他們在固定自行車上最大程度地運動時的電解質(zhì)和代謝產(chǎn)物反應(yīng)。這些傳感器能夠在5到30秒的間隔內(nèi)上下移動分析物時檢測到分析物水平的變化-足以滿足大多數(shù)實時跟蹤需求。受試者包括具有各種身體條件的男人和女人，從根據(jù)飲食習慣進行體育鍛煉到?jīng)]有體育鍛煉且沒有特定飲食限制的個人。盡管當前的研究并不是要確定分析物讀數(shù)與性能和條件之間的相關(guān)性，但它確實確定了該傳感器能夠檢測出一致的分析物表達模式，可用于以后的研究中識別這些相關(guān)性。

塔夫茨工程學院電氣與計算機工程教授，該研究的相應(yīng)作者薩梅爾·桑庫薩爾(Sameer Sonkusale)說：“我們開發(fā)的傳感器補丁是制造完全靈活的基于線程的電子設(shè)備的更大策略的一部分。” “編織到織物中并直接作用于皮膚的柔性設(shè)備意味著我們不僅可以無創(chuàng)地而且完全不顯眼地跟蹤健康和性能-佩戴者甚至可能不會感覺到或注意到它。”