不用費力流汗，新型汗液感測器讓你更舒適！

科技 08-05

導讀

最近，美國辛辛那提大學的科研人員發明了一種刺激汗腺分泌汗液的新方法，該汗液感測器能在用戶保持涼爽舒適的狀態下獲取汗液，分析用戶的健康狀況，甚至是精神壓力情況。

關鍵字

可穿戴技術、感測器、醫療

背景

不用費力流汗，新型汗液感測器讓你更舒適！

（圖片來源於：Andrew Higley/UC Creative Services）

炎炎夏日，許多人都會愛出汗。可是或許我們並沒有注意到，汗液中包含許多與身體相關的信息，通過分析汗液裡面的生化指標，我們可以更好地了解身體健康狀況，例如監測心率、運動狀況、水分和肌肉疲勞度。另外，汗液還能反映出一些疾病，例如汗液中的鹽濃度可能與囊包性纖維症相關；而汗液中的pH值水平則可能與皮膚病或者糖尿病相關。

通常來說，血液分析被認為是生物計量分析領域的黃金標準。但是，血液分析對人體具有創傷性，而且常常需要在實驗室才能進行。如果要醫生在幾小時或者幾天內持續監測血樣，難度相當大。

然而，汗液卻提供了一種無創的替代方案。據科學家稱，相對於唾液和淚液，汗液中的化學指標更加適用於健康監測。汗液像血液一樣具有患者的有用信息。相對於血液來說，測試汗液還有其他的優點，例如抽一次血，你只能得到一個時間點的數據；而通過汗液，你可以檢測到隨著時間變化的生物標誌物濃度數據。

那麼，如何才能測量和分析汗液呢？答案是感測器。筆者認為，汗液感測器應該具備如下重要特徵：第一，它要與人體皮膚很好地貼合，這一點就要求它應該是柔性的；第二，考慮到長期持續監測的需要，它的功耗要較低；第三，成本和生產也是非常重要，因為會直接影響到它的大規模應用。

對於汗液感測器，筆者之前一直很關注，也介紹過多種相關的創新方案：《石墨烯腕帶，可以監測血糖並治療糖尿病。》一文曾介紹過一種利用石墨烯材料製成的監測血糖的柔性腕帶；《汗液感應手環監測你的健康狀態》一文中曾介紹過一種監測汗液中生物指標的柔性感測器；《新型柔性電子設備：通過吸收汗液監測身體健康》一文中曾介紹過一種監測身體健康狀況的柔性微流體設備；《這個汗液感測器，無需電池供電，像植物一樣吸收水分》一文中曾介紹一種無需電池供電的汗液感測器。

但是，對於監測汗液的醫療感測器來說，最大的瓶頸因素之一就是：需要用戶大量流汗。很久以來，人們一直忽略了汗液，儘管它是一種含有生物標記物的高質量液體，但卻無法有效而可靠地持續獲取它。對於一些病人來說，讓他們在運動或者室溫條件下大量出汗，不切實際也不安全。讓一個身體極度虛弱的病人，只是為了汗液感測器的讀數，就要整日汗流浹背，這樣不僅有損健康，同時也很不舒適。

創新

不用費力流汗，新型汗液感測器讓你更舒適！

（圖片來源於：Lisa Ventre/UC Creative Services）

然而創新為我們帶來了新希望，美國辛辛那提大學（UC）的科研人員發明了一種新方法，在一小片孤立的皮膚上刺激汗腺分泌汗液。因此，受試者能夠保持涼爽舒適的狀態，而無需在跑步機上大汗淋漓地度過幾小時的「悲慘」時光。

UC 教授、新型器件實驗室的主任 Jason Heikenfeld 和UC 研究生 Zachary Sonner 為我們帶來了一種新設備，它的尺寸和創可貼差不多，使用化學刺激劑來製造汗液，同時可以保持患者處於休閑和涼爽的狀態中。除此之外，該感測器也可以預測患者的汗液量，它對於深入分析生物感測器測量到的荷爾蒙或者其他化學指標來說，是一個非常重要的因素。

7月25日，這項研究的論文發表於納米技術期刊《晶元實驗室》。Heikenfeld 稱：

「挑戰不僅來自像這樣的新技術突破，而且也將這些技術方案整合到一個可靠的、可量產的設備中。」

Heikenfeld 創辦了生物感測器公司 Eccrine Systems，為實現這一目標而努力。

技術

不用費力流汗，新型汗液感測器讓你更舒適！

（圖片來源於：UC）

在該研究中，研究人員在受試者的前臂上，使用了感測器和含有氯化氨甲醯膽鹼（carbachol）的凝膠達2.5分鐘。他們使用三種方法獲取感測器數據：單獨使用凝膠和感測器，以及與記憶泡沫填充（為皮膚和感測器提供更好的接觸）和電離子透入療法相結合。0.2毫安的電流驅動少量的氯化氨甲醯膽鹼進入皮膚上層，局部刺激汗腺，而且不會引起身體的物理感覺或者不適。然後，他們使用感測器記錄數據達30分鐘，這些感測器可測量受試者的汗液中的電解質濃度。氯化氨甲醯膽鹼，在感測器下方，長達5小時有效誘導汗液分泌。Heikenfeld 稱，一項後續研究成功地使用這一汗液刺激方法，生成幾天的感測器數據。

他們使用對pH值敏感的染料觀測結果。橙色染料在與汗液反應時變為藍色。這代表汗腺在整個感測器區域受到了均勻的刺激。

價值

對於這項創新的價值，我們引用論文中的一句話來總結：

「這項研究代表著汗液感知技術方面的一次重大飛躍。」

同時，我們再看看科研人員們自己如何評論的。Heikenfeld 說：

「可以想像，出院後心臟病患者還可以能繼續受到監測，或者防止運動員脫水，或者甚至幫助確認身體吸收到了正確濃度的處方葯。」

論文的領導作者 alum Sonner 說：

「終極目標是生物醫學應用方面的便捷性和可靠性。」

「最終的目標是將台式測試變為攜帶型設備，有望用於那些高壓職業的人員例如飛行員，分析它們的壓力狀況。如果你是一個飛行員，你無法在駕駛飛機時進行抽血測試。但是有了這種分析汗液的感測器，我們可以開始分析身體對於壓力狀況的反應。」

UC開發的感測器能夠幫助追蹤荷爾蒙中的變化，例如皮質醇，它在人受到壓力時釋放。Sonner說：

「皮質醇水平能夠幫助教練知道應該讓一名運動員進行多高難度的訓練，而不是讓他們承受過高的壓力。」

他說，這正是運動員成績開始下降，而受傷幾率顯著增加的時刻，所以該感測器對於奧林匹克運動員很有幫助。美國賴特-帕特森空軍基地的空軍研究實驗室，UC的研究夥伴之一，對於測量飛行員在面臨精神和生理壓力狀況下的皮質醇指標，感到非常有興趣。Heikenfeld
稱，隨著時間推移，使用無創的感測器監測飛行員的健康和表現方面，會非常有幫助。Sonner
稱，同樣它也可以用於手術後想要在家監測健康狀況的患者。他說：