穿戴式汗液传感器可检测引起痛风的化合物

 
去看医生有很多不喜欢的事情：支付定额手续费，坐在候诊室，过时的杂志，病人咳嗽而掩不住嘴。但是，对于许多人来说，看病最糟糕的事情是被针扎住了。验血是评估您身体状况的一种久经考验的方法，但这种不适是不可避免的。加州理工学院的科学家说，也许不是。
在《自然生物技术》上发表的一篇新论文中，医学工程学助理教授魏高领导的研究人员描述了一种可大量生产的可穿戴传感器，该传感器可以通过分析人们的汗液来监测其血液中的代谢物和营养素水平。以前开发的汗液传感器主要针对高浓度出现的化合物，例如电解质，葡萄糖和乳酸。研究人员说，高先生的汗液传感器比目前的设备更灵敏，并且可以检测浓度低得多的汗液化合物，而且更易于制造。
这种传感器的发展将使医生能够连续监测患有心血管疾病，糖尿病或肾脏疾病等疾病的患者的状况，所有这些疾病都会导致血液中营养物质或代谢产物的含量异常。使医生更好地了解自己的病情将使患者受益，同时避免使用皮下注射针头造成侵入性和痛苦的情况。
“这种可穿戴的汗液传感器具有在分子水平上快速，连续，无创地捕获健康变化的潜力，”高说。 “它们可以实现个性化监控，早期诊断和及时干预。”
Gao的工作专注于开发基于微流体技术的设备，这是处理少量液体的技术的名称，通常通过宽度不到四分之一毫米的通道进行处理。微流体是此类应用的理想选择，因为它们可将汗液蒸发和皮肤污染对传感精度的影响降至最低。当新鲜供应的汗液流过微通道时，该设备可以更准确地测量汗液并捕获浓度的时间变化。
Gao和他的同事说，到目前为止，基于微流体的可穿戴传感器大多是通过光刻蒸发工艺制造的，这需要复杂且昂贵的制造工艺。相反，他的团队选择了用石墨烯(一种薄片状的碳)来制造生物传感器。基于石墨烯的传感器和微小的微流体通道都是通过用二氧化碳激光雕刻塑料板而创建的，该设备现在非常普遍，以致家庭爱好者可以使用。
研究小组选择让他们的传感器测量呼吸频率，心率以及尿酸和酪氨酸水平。选择酪氨酸是因为它可以指示代谢紊乱，肝脏疾病，饮食失调和神经精神疾病。选择尿酸是因为它与痛风有关，痛风是一种疼痛性关节疾病，在全球范围内呈上升趋势。当体内高水平的尿酸开始在关节(尤其是脚的关节)中结晶时，就会发生痛风，从而引起刺激和炎症。
为了查看传感器的性能如何，研究人员对健康的个体和患者进行了一系列测试。为了检查受人的身体健康状况影响的汗酪氨酸水平，他们使用了两类人：训练有素的运动员和身体素质一般的人。正如预期的那样，传感器显示出运动员汗液中的酪氨酸含量较低。为了检查尿酸水平，他们带了一组健康的人，在他们禁食时以及进食富含嘌呤的食物后监测了他们的汗水，嘌呤是食物中被代谢成尿酸的化合物。饭后传感器显示尿酸水平升高。高的团队还对痛风患者进行了类似的测试。传感器显示，他们的尿酸水平比健康人高得多。
为了检查传感器的准确性，研究人员还从痛风患者和健康受试者中抽取了血液样本。传感器对尿酸水平的测量与血液中化合物的水平密切相关。
高说，这些传感器的高灵敏度以及易于制造的特性，意味着它们最终可以被家庭患者用于监测痛风，糖尿病和心血管疾病等疾病。拥有关于其健康状况的准确的实时信息甚至可以使患者根据需要调整自己的用药水平和饮食。
“考虑到异常的循环营养和代谢产物与许多健康状况有关，从此类可穿戴传感器收集的信息对于研究和医学治疗都将是无价之宝。”
11月25日出版的《自然生物技术》（Nature Biotechnology）发表了一篇描述该研究的论文，标题为“一种激光雕刻的可穿戴传感器，用于敏感地检测汗液中的尿酸和酪氨酸”。