研究人員提出單一的雙功能完全集成的可穿戴追蹤器

與可穿戴電子設(shè)備、遠(yuǎn)程醫(yī)療和醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的概念相結(jié)合，可穿戴傳感器能夠跟蹤不同的生物物理活動，如脈搏、體溫和呼吸頻率，從而具有實(shí)時跟蹤人體健康的特點(diǎn)，不會引起任何不適或干擾常規(guī)活動，因此提高了穿戴者的自我監(jiān)測依從性和病人的醫(yī)療質(zhì)量。與專注于從生物物理參數(shù)得出的生命體征的可穿戴傳感器相比，可穿戴生化汗液或傷口滲出物傳感器可以現(xiàn)場監(jiān)測個人的生理汗液或傷口滲出物生物標(biāo)志物，能夠在分子水平上提供獨(dú)特的、幾乎不可替代的對用戶健康狀態(tài)的洞察力。

全集成設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)全部功能，但不需要外部配件，被譽(yù)為現(xiàn)代設(shè)備設(shè)計和開發(fā)的最理想和最終目標(biāo)之一。將全集成概念引入可穿戴生化傳感，全集成可穿戴生化傳感器能夠在分子水平上對生物標(biāo)志物進(jìn)行無線、無創(chuàng)、連續(xù)和多重的現(xiàn)場追蹤，用于日常的潛在健康狀況評估和管理。然而，目前還沒有相關(guān)研究實(shí)現(xiàn)雙功能全集成可穿戴平臺的構(gòu)建，其用于動態(tài)現(xiàn)場健康監(jiān)測和個性化干預(yù)的情況也沒有被研究。通過這種通用雙功能全集成可穿戴平臺對表皮汗液或傷口滲出物進(jìn)行體外原位監(jiān)測是具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)檫@兩種生物基質(zhì)之間的生理環(huán)境存在著顯著差異，這很可能導(dǎo)致對同一生物標(biāo)志物的不同信號漂移。

基于此，來自東北師范大學(xué)的研究人員提出了一種單一的雙功能完全集成的可穿戴追蹤器，用于多種表皮汗液或傷口滲出物生物標(biāo)志物的無線、實(shí)時、動態(tài)地現(xiàn)場監(jiān)測。

圖1 雙功能完全集成可穿戴跟蹤器示意圖，用于原位表皮汗液和傷口滲出多種生物標(biāo)志物的多路復(fù)用和無線監(jiān)測

考慮到汗液或傷口滲出物中的電解質(zhì)（如Na?、K?和H?）和代謝物（如尿酸（UA））水平可能與健康或傷口狀況相關(guān)，研究人員通過微流控、傳感和電子模塊的無縫集成，對受試者運(yùn)動時汗液中的Na?、K?、pH和UA水平等生物標(biāo)志物以及受試者傷口愈合期間的傷口滲出物進(jìn)行動態(tài)和皮膚追蹤。通過富含嘌呤的攝入測試，對其在高尿酸血癥/健康受試者中的無創(chuàng)高尿酸血癥管理的適用性進(jìn)行了評估，并通過對照醫(yī)療處理對受試者感染的傷口進(jìn)行了管理。

圖2 雙功能全集成可穿戴跟蹤器微流控模塊的設(shè)計與表征

圖3 雙功能全集成可穿戴跟蹤器的驗(yàn)證，用于動態(tài)現(xiàn)場汗液監(jiān)測和潛在的無創(chuàng)性高尿酸血癥管理

圖4 雙功能全集成可穿戴跟蹤器的驗(yàn)證，可用于身體表面?zhèn)诘脑粷B出液監(jiān)測和潛在傷口管理

總體而言，作為一種可穿戴的生物電子裝置，研究人員所提出的雙功能全集成可穿戴追蹤器具有一系列優(yōu)勢：（i）與包含有限模塊（如單獨(dú)的微流控或傳感模塊）的普通非集成裝置相比，雙功能全集成可穿戴追蹤器具有更強(qiáng)的實(shí)用性。（ii）所提出的完全集成的可穿戴追蹤器的獨(dú)特的雙功能能力允許使用一個而不是兩個傳感器對原始表皮汗液和傷口滲出物這兩種不同的生物液體進(jìn)行相同的生物標(biāo)志物分析，這簡化了雙功能可穿戴傳感器的設(shè)計。（iii）通過一個雙功能全集成的可穿戴追蹤器同時測量汗液或傷口滲出物的Na?、K?、pH值和UA，可以獲得全面的、豐富的、重要的人體或傷口狀態(tài)的信息，而這些信息是汗液或傷口滲出物中的一些物種無法提供的。（iv）專門設(shè)計的微流控模塊具有高效的體表生物流體采樣、存儲和排泄等多種功能，確保在傳感模塊內(nèi)進(jìn)行高效的動態(tài)原位多重表皮原汗和傷口滲出物分析。（v）采用具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)（如均勻和高度有序的孔徑、大比表面積、介孔結(jié)構(gòu)和高密度的缺陷位點(diǎn)）的HOMC作為傳感模塊內(nèi)的UA傳感器的電極材料，誘發(fā)了特殊的電化學(xué)反應(yīng)性，因此可以對原表皮汗液和傷口滲出物做出高度敏感和選擇性的UA反應(yīng)。（vi）生物流體的UA監(jiān)測很重要。血清UA被認(rèn)為是高尿酸血癥的關(guān)鍵生物標(biāo)志物之一，而高尿酸血癥是痛風(fēng)、冠心病、中風(fēng)和高血壓的危險因素。與傳統(tǒng)的有創(chuàng)血清UA監(jiān)測相比，由雙功能全集成可穿戴追蹤器提供的無創(chuàng)方案以汗液UA為生物標(biāo)志物提供了一個更方便的途徑。在可穿戴汗液UA監(jiān)測中首次引入Na?和K?共同輔助的實(shí)時校準(zhǔn)，使原始汗液UA測量和無創(chuàng)高尿酸血癥管理的準(zhǔn)確性得到極大的提高。傷口滲出物UA被認(rèn)為是衡量傷口嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)。首次將pH值輔助實(shí)時校準(zhǔn)納入可穿戴傷口滲出物UA分析，使原始傷口滲出物UA監(jiān)測具有較高的準(zhǔn)確性，并很可能相應(yīng)地導(dǎo)致有效的傷口管理。這些優(yōu)勢的結(jié)合，使這種雙功能完全集成可穿戴追蹤器在無創(chuàng)的定制化健身、個性化診斷和定制化治療方面具有非常強(qiáng)大的應(yīng)用前景?！　?/p>