可穿戴傳感器監(jiān)測汗液的優(yōu)勢及應(yīng)用

理想的醫(yī)療保健系統(tǒng)應(yīng)該能夠在患者疾病發(fā)作前提供健康狀況監(jiān)測和治療。當患者出現(xiàn)不正常的健康狀況時，系統(tǒng)能夠檢測并解決問題。目前，患者通常是在出現(xiàn)明顯癥狀以后開始就醫(yī)，然后接受?？漆t(yī)生的被動治療和監(jiān)測。因此，迫切需要一種能夠幫助患者在無需昂貴設(shè)備或?qū)I(yè)人員參與的情況下對自己進行健康監(jiān)測的方法，以便及早發(fā)現(xiàn)并及時管理疾病。

隨著醫(yī)療診斷技術(shù)的發(fā)展，可穿戴生物傳感器技術(shù)持續(xù)開拓，它為當前面臨的醫(yī)療問題提供了創(chuàng)新的解決方案?？纱┐魃飩鞲衅髂軌蛟谂c被采樣生物流體直接接觸的同時，通過對生物流體中生化標志物的動態(tài)、無創(chuàng)測量，提供連續(xù)、實時的生理信息，而不會給佩戴者帶來不適。

近些年，可穿戴電子設(shè)備發(fā)展迅速，它們已經(jīng)可以準確測量心率、體溫和血壓等生命體征，反映并監(jiān)測用戶的健康狀況。然而，這些生物物理參數(shù)缺乏關(guān)于人體動態(tài)生化和代謝過程的直接信息。生物流體（如汗液、眼淚、唾液或組織液）作為分析物備受關(guān)注，因為它們易于采樣，有潛力通過了解人體更深層次的生物分子狀態(tài)提供連續(xù)、實時的生理信息。

與其它生物流體相比，汗液中含有豐富的分析物，可以傳達人體的生理信息，并與血液水平密切相關(guān)，在可穿戴傳感方面具有巨大優(yōu)勢?？纱┐骱挂罕O(jiān)測平臺能夠在汗液產(chǎn)生的位置收集并分析汗液，從而實現(xiàn)自主、連續(xù)、實時的感知。汗液的原位定量分析，對于監(jiān)測生理健康狀況和診斷疾病具有十分重要的意義。

自2013年首次提出用于實時分析汗液乳酸的可穿戴汗液傳感器以來，后續(xù)很多研究已經(jīng)實現(xiàn)了對汗液中電解質(zhì)、代謝產(chǎn)物、藥物、微量元素等信息的監(jiān)測。熒光傳感和比色法等光學(xué)方法以及電化學(xué)傳感方法，已經(jīng)應(yīng)用于汗液分析物的檢測。電化學(xué)傳感是一種常見且成熟的汗液分析方法，廣泛應(yīng)用于可穿戴傳感器，憑借其高性能、便攜性、簡單性和低成本而主導(dǎo)了臨床診斷應(yīng)用。

近來持續(xù)的技術(shù)發(fā)展，推動了可穿戴電化學(xué)汗液傳感器的日益成熟。能夠同時檢測多種分析物的完全集成的多路傳感系統(tǒng)，提高了汗液傳感器的實用性，為大規(guī)模臨床和生理研究提供了通用的可穿戴平臺。

離子電滲療法的應(yīng)用，使得久坐場景下的主動排汗成為可能，從而滿足疾病診斷和健康監(jiān)測的要求。微流控技術(shù)的集成克服了許多影響數(shù)據(jù)完整性和汗液收集的問題，同時大大改善了樣本傳遞，從而提高了汗液分析物測量的時間分辨率和準確性。

在可穿戴供能系統(tǒng)方面，集成能量收集和存儲器件的自供電可穿戴傳感器，有助于高效、可持續(xù)自主可穿戴系統(tǒng)的設(shè)計和運行。這些傳感器將生成大量的時序數(shù)據(jù)，可以通過大數(shù)據(jù)技術(shù)進行分析，從而推動醫(yī)療個性化和智能化時代的到來。

首先，研究人員總結(jié)了利用可穿戴傳感器監(jiān)測汗液的優(yōu)勢，詳細介紹了汗液中反映人體生理信息的各種分析物，并給出了汗液刺激和收集的方法。

微流控汗液傳感器示例

然后，研究人員展示了可穿戴電化學(xué)汗液傳感器的組件。對于傳感元件，需要考量為不同分析物選擇合適的傳感模式和電化學(xué)檢測方法。對于電子元件，除了實現(xiàn)信號處理和無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ芡?，還需要強調(diào)供電方法的優(yōu)化。

不同材料制成的可穿戴汗液傳感器示例

自供電傳感器示例

進而，研究人員詳細介紹了一些典型的傳感器件，它們在針對不同分析物的可穿戴電化學(xué)汗液傳感器的發(fā)展史上具有重要意義。

用于檢測代謝物和電解質(zhì)的可穿戴電化學(xué)汗液傳感器發(fā)展史

最后，研究人員闡明了可穿戴電化學(xué)汗液傳感器在生物醫(yī)學(xué)傳感領(lǐng)域具有的巨大優(yōu)勢和潛力，總結(jié)了可穿戴汗液傳感器未來面臨的挑戰(zhàn)和可能的發(fā)展方向。具體來說包括：進一步開發(fā)綜合、多功能汗液分析；提高汗液樣本的可靠性；開發(fā)更高效的能量收集和存儲器件；檢測汗液中的低濃度分析物；改善久坐環(huán)境中的汗液刺激和收集方法。

參考文獻：Wearable and flexible electrochemical sensors for sweat analysis: a review

編輯：黃飛

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