汗液是機體正常活動的代謝產物，富含大量與健康相關的生物標誌物，而基於汗液檢測的智能傳感器件，則具有非侵入式和實時連續監測等優勢，近年來成為可穿戴健康領域的研究重點。另一方面，當今社會的醫療體系大多是被動的，患者只有在發覺自身有明顯的症狀後才聯繫醫生進行病情的診斷和醫治。這種體系缺乏前期預判，也沒有辦法預防疾病發生，無法實現健康的實時監測。因此，科研人員致力於新型醫療模式的構建，配合可穿戴傳感器件的快速發展，既不需要昂貴大型的醫療診斷器材又可節省專門的醫護人員，從而實現實時性、前瞻性和個人化的醫療體系。
2019年11月25日，加州理工學院高偉與北京大學信息科學技術學院張海霞共同合作在Nature Biotechnology 在線發表題為「A laser-engraved wearable sensor for sensitive detection of uric acid and tyrosine in sweat」的研究論文，該研究提出了一種新型「皮膚上的實驗室」概念，即通過全雷射加工的方式，製備了集成式多模式皮膚傳感貼片，並配合微流道結構與柔性電路板，實現了汗液多項微量生物信息的原位準確探測與實時新陳代謝管理。
鑒於人類汗液中存在豐富的生理信息，使用可穿戴式傳感器從傳統血液分析到原位汗液分析的過渡可以提供一種無創，連續的手段來監測代謝產物並指導個性化的營養和代謝管理。該智能傳感器件在顯示較高靈敏度的同時，兼具低成本、大規模製備等優勢，具有讓病人在家中非侵入式監測痛風、糖尿病、心腦血管等疾病的可能。這種準確實時的健康信息可以為病人提供輔助式健康管理，及時調整用藥劑量及飲食作息。在不影響患者生活方式的同時，傳感器可進行各項生理信號的長期監測與動態管理，為實時性、前瞻性、定製化的醫療健康大數據提供可能。
其中，加州理工大學博士生楊依然、北大信息學院博士生宋宇為論文的共同第一作者，高偉為論文通訊作者，Santa Clara大學On Shun Pak教授、Princeton大學Lailai Zhu博士、UCLA醫學院Tzung K. Hsiai與Zhaoping Li教授、張海霞為論文合作者。
循環中的營養物和代謝物為人體的生物過程提供了有用的指標，其在生物流體中的濃度已被用於臨床風險評估，診斷，預後和監測治療結果。循環代謝物和營養素的濃度異常與健康狀況如代謝綜合徵和心血管疾病有關。可穿戴設備，例如可穿戴汗液傳感器，有可能捕獲快速，連續且無創的健康狀況：如汗液中的氯化物濃度是診斷囊性纖維化的金標準。
全雷射加工智能多模式傳感貼片
當前的可穿戴汗液傳感器主要集中在通過離子選擇傳感器或酶電極監測有限數量的電解質和代謝產物上。在可穿戴傳感器中，並不能分析尿酸（UA）和酪氨酸（Tyr）的情況。UA是心血管疾病、2型糖尿病和腎病的危險因素，並且已廣泛用於臨床上痛風（痛風是影響全球成千上萬人的最常見的炎症性關節炎）的治療。 酪氨酸（Tyr）是有條件的必需胺基酸，參與大腦的信號傳導以及多巴胺和應激激素（例如去甲腎上腺素和腎上腺素）的產生。 酪氨酸（Tyr）濃度異常與代謝異常有關，例如酪氨酸血症，肝臟疾病，神經精神病和進食障礙。血清UA和Tyr的測定已經很好地用於代謝和營養管理。但是，關於汗液UA和Tyr的研究很少，尚未對其在動態健康監測和個性化干預中的用途進行研究。由於汗液中的UA和Tyr濃度低，因此具有挑戰性。
該研究設計了傳感器來應對這些主要技術挑戰。微流體對於人體汗液採樣至關重要，以最大程度地減少汗液污染和皮膚蒸發，並提供汗液動力學的高時間解析度。在該研究中，報告了一個完全雷射控制/加工的傳感器，可同時進行汗液採樣，化學傳感和生命體徵監測。 研究人員持續監測了溫度，呼吸頻率以及低濃度尿酸和酪氨酸。
研究團隊
鑒於人類汗液中存在豐富的生理信息，使用可穿戴式傳感器從傳統血液分析到原位汗液分析的過渡可以提供一種無創，連續的手段來監測代謝產物並指導個性化的營養和代謝管理。該智能傳感器件在顯示較高靈敏度的同時，兼具低成本、大規模製備等優勢，具有讓病人在家中非侵入式監測痛風、糖尿病、心腦血管等疾病的可能。這種準確實時的健康信息可以為病人提供輔助式健康管理，及時調整用藥劑量及飲食作息。在不影響患者生活方式的同時，傳感器可進行各項生理信號的長期監測與動態管理，為實時性、前瞻性、定製化的醫療健康大數據提供可能。
註：部分解析參考自北京大學官網介紹。
部分解析連結：
http://news.pku.edu.cn/jxky/6aedd1906669495b9ca1d05b271f7656.htm
參考消息：
https://www.nature.com/articles/s41587-019-0321-x
文章來源: https://twgreatdaily.com/zh/biyqwW4BMH2_cNUgxOSS.html