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化工仪器网 本网视点】用体液来检测身体情况很司空见惯,医院的化验大多依靠各类体液。其中,血液分析被认为是生物计量分析领域的黄金标准。但是,血液分析也有诸多缺点,比如说对人体具有创伤性,而且常常需要在实验室才能进行。如果要医生在几小时或者几天内持续监测血样,难度相当大。 然而,汗液却提供了一种无创的替代方案。 汗液是由汗腺分泌的一种体液,其中中包含许多与身体相关的信息,通过分析汗液里面的生化指标,我们可以更好地了解身体健康状况。例如监测心率、运动状况、水分和肌肉疲劳度。另外,通过对汗液分析检测还能反映出一些疾病,例如汗液中的盐浓度可能与囊包性纤维症相关,PH值水平可能与皮肤病或者糖尿病相关。 既然汗液像血液一样具有患者的有用信息。那么汗液检测相对于血液检测和唾液检测来说有怎样的优点呢?相对于血液检测来说,检测汗液有一些独特的方面,例如抽一次血,你只能得到一个时间点的数据;而通过汗液,你可以检测到随着时间变化的生物标志物浓度数据,从出汗的时机、汗量以及原因,都可以看出些端倪。相关科学家表示,相对于唾液和泪液,汗液中的化学指标更加适用于健康监测。 因此,汗液监测成为了近年来“个性化医疗”研究的潮流之一。也有不少专家学者专心研究汗液检测领域,并收获不小。例如:美国西北大学开发的柔性微流体设备,可以方便地贴在皮肤上,测量佩戴者的汗液成分,从而监测身体对于运动的反应和健康状况;荷兰埃因霍温大学开发的一款柔性汗液传感器,利用类似自然界中植物的“泵”结构来汲取汗液,不需要额外的外部能量供应;美国加州大学伯克利分校开发的一款可穿戴的柔性传感器,可实时监测汗液里的生化指标,能够更加完整地实时监测我们的健康状况。 据《Nature Biotechnology》杂志获悉,由美国辛辛那提大学教授Jason Heikenfeld所带领的团队研发了包含集成电路、通信天线、主控芯片和微型流体吸收纸质汗水取样系统的贴剂,贴在人体表面之后会对皮肤中渗出的汗液进行提取和分析。为了确保能够持久的吸收汗液,在贴剂上还使用了高吸水性树脂凝胶,在经过数小时的汗液收集,该凝胶能够收集2到3毫米左右的汗液。 Heikenfeld和他的团队所创造的这种传感器甚至可以在被检测人处于凉爽和休息的状态下刺激他的汗液分泌。此外,这些传感器还可以测量特定的生物标记物,帮助医生判断特定药物疗法的效果。还有,这些传感器可以被定制,用于测试从药物到水分再到荷尔蒙的任何指标。我们可以大胆的预测到,在不久的将来,人们用可穿戴式智能设备,可以随时随地做汗液检测,得到如血液检测一般丰富有用的健康数据,全天实时检测自身的健康状况。 虽然这项技术拥有极大的优势和应用前景,但也仍然存在一些问题,比如“如何维持卫生状况”——虽然可以通过防水设计解决汗液对于设备内部元器件的影响,但由于设备的使用时间较长,又密切接触人体汗液等分泌物,因此细菌繁殖在所难免,就目前来说,除了模块化的设计为设备更换组件提供了可能之外,还没有有效地维持设备卫生状况的手段。 传感器的发展为设备的制造和人类生活的创造提供了无限的可能性,并且这种可能性随着技术的进一步发展向着更广阔的方向延伸。如今,汗液检测已经运用在遗传病的筛查上,我们相信,在不远的将来,这项技术将会越来越成熟,汗液监测终会成为人类了解自身身体状况的有利工具。

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用体液来检测身体情况很常见,医院的化验大多依靠各类体液。如果无需去医院进行的检测,这意味着优先选择无创的检测。这样一来,带有身体信息的血液被排除在外,获取血液意味着会有创口,对日常的实时检测来说并不实际。

据最近在《Nature Biotechnology》杂志上发表的文章,美国辛辛那提大学教授Jason Heikenfeld使用微型便携式传感器对以汗液为主的生物体液进行了测试,研究了这一手段检测人类健康的潜力。

日前,开发稳定性高的葡萄糖传感器对于糖尿病诊断和无创的健康监测来说是非常重要的。据麦姆斯咨询报道,加州大学Ali Javey教授团队和香港科技大学范志勇教授团队合作合成了一种可以固定酶的多孔膜,并将其牢牢固定在改性的纳米电极触点上,进而构建了具有良好的稳定性和机械鲁棒性的葡萄糖传感器。

3月18日消息,美国辛辛那提大学的科研团队通过微型便携式传感器,检验了唾液、泪液、汗液以及其他生物液体在检测人体健康状况方面的潜力,并得出结论:汗液在无创检测方面是最具前景的。

微型便携式贴片传感器

血液,一直都被认为是诊断人体健康状况的首选。例如,我们可以通过检查血液中的血糖指标,判断一个人是否患上糖尿病。可是,抽血检查会不可避免地对人体造成创伤,往往还需要去医院实验室找专业技术人员才能开展。除血液之外,唾液、泪液、汗液中也含有生物标志物,可作为一种不会造成创伤的检查方式,用于检查人体健康状况、诊断疾病以及监测疗效。今天,我们要着重关注的是汗液。

血液,一直都被认为是诊断人体健康状况的首选。例如,我们可以通过检查血液中的血糖指标,判断一个人是否患上糖尿病。可是,抽血检查会不可避免地对人体造成创伤,往往还需要去医院实验室找专业技术人员才能开展。

Heikenfeld实验室去年制造了世界上第一台连续测试设备,它能够有效地采集汗液,而且可以在几个小时内以无创方式进行。“最终,可穿戴设备的技术进步受到人类生物学本身的限制”。

汗液由外分泌汗腺发源,由真皮管通过表皮输送到皮肤表面,每一滴汗水之中都有0.2%-1%的溶质。这些溶质包含了各种离子、氨基酸、激素、蛋白质、多肽等分泌物,人们可以从中监测电解质失衡程度、乳酸指数、汗液葡萄糖水平、脱水状况以及卡路里燃烧值。令我们吃惊的是,汗液中竟然含有这么多重要的生物标志物。分析汗液,不仅可以帮助我们了解到身体的运动状况、水分状况和肌肉疲劳度,还可以辅助诊断一些疾病。例如,汗液中的盐浓度可能会与囊包性纤维症有关;汗液中的pH值可能会与皮肤病或糖尿病有关。

现代医院中进行血液检查的化验室

在检查了唾液,眼泪和间质液的使用后,Heikenfeld在文章中得出结论,汗液最有希望进行无创检测,因为它提供与血液相似的信息,并且可以控制和测量其分泌率。

汗液,不仅像血液一样富有大量的有用信息,而且与唾液和泪液相比,其中的化学指标更适合健康监测。相对于血液检查来说,汗液检测不仅无创,还可以随着时间推移持续获取生物标志物的数据。

除血液之外,唾液、泪液、汗液中也含有生物标志物,可作为一种不会造成创伤的检查方式,用于检查人体健康状况、诊断疾病以及监测疗效。今天,我们要着重关注的是汗液。

在他位于加州大学的新设备实验室中,Heikenfeld和他的学生们一直在创造一种可穿戴式贴片上的新型传感器,这种贴片的大小与创可贴一样,即使在患者凉爽和休息时也能刺激汗水。传感器随时间测量特定分析物,医生可以使用它来确定患者对药物治疗的反应。

这也是首次有研究开发出基于纳米多孔膜的电化学传感器,它可以解决酶的逃逸并为分子/离子的扩散和交互提供了一个充足的表面,从而确保其可以进行持续的催化活动进而实现非侵入式的健康监测传感。研究结果表明,该葡萄糖传感器可以进行长期的稳定监测,响应漂移也非常小。此外,它还可以被集成到微流控传感贴片中用于进行无创的汗液葡萄糖监测。因此其在并临床诊断、个性化医疗监控和慢性病管理等领域具有广阔的应用前景。

汗液由外分泌汗腺发源,由真皮管通过表皮输送到皮肤表面,每一滴汗水之中都有0.2%-1%的溶质。这些溶质包含了各种离子、氨基酸、激素、蛋白质、多肽等分泌物,人们可以从中监测电解质失衡程度、乳酸指数、汗液葡萄糖水平、脱水状况以及卡路里燃烧值。

Heikenfeld说,传感器可以定制,以测量从药物到激素到脱水的任何东西。

文章来源:麦姆斯咨询

令我们吃惊的是,汗液中竟然含有这么多重要的生物标志物。分析汗液,不仅可以帮助我们了解到身体的运动状况、水分状况和肌肉疲劳度,还可以辅助诊断一些疾病。例如,汗液中的盐浓度可能会与囊包性纤维症有关;汗液中的pH值可能会与皮肤病或糖尿病有关。

去年,该实验室创建了世界上第一个连续监测传感器,可以记录相同的健康信息,这些信息是医生们几代人在血液中检查过的。这个里程碑非常值得注意,因为连续传感器可以让医生随着时间的推移追踪健康状况,看病人是好转还是坏转。并且他们可以以非侵入性的方式这样做,并且在皮肤上施加微小的贴剂,一次刺激汗液长达24小时。

汗液,不仅像血液一样富有大量的有用信息,而且与唾液和泪液相比,其中的化学指标更适合健康监测。相对于血液检查来说,汗液检测不仅无创,还可以随着时间推移持续获取生物标志物的数据。

“对于药物,我们可以用汗水来精确测量血液中的浓度,”Heikenfeld说。 “这很重要,因为一旦我们可以测量血液中治疗剂的浓度,我们就可以看一下药物剂量。这可能会使目前的检测手段看起来像石器时代的东西。”

之前,笔者曾经介绍过一些与汗液相关的传感器以及可穿戴设备:

案例一:美国西北大学开发的柔性微流体设备,可以方便地贴在皮肤上,测量佩戴者的汗液成分,从而监测身体对于运动的反应和健康状况。

案例二:荷兰埃因霍温大学开发的一款柔性汗液传感器,利用类似自然界中植物的“泵”结构来汲取汗液,不需要额外的外部能量供应。

案例三:美国加州大学伯克利分校开发的一款可穿戴的柔性传感器 ,可实时监测汗液里的生化指标 ,更完整地实时监测我们的健康状况。

案例四:韩国首尔基础科学研究院开发的一款柔性石墨烯腕带,可以通过传感器检测患者汗液温度和PH值,从而分析出血糖水准,并无线发送至移动设备。然后,移动设备再根据血糖数据,计算出给药量。如果发现血糖水准偏高,腕带里面的加热器就开始加热分解涂层,达到41度,微型针则开始暴露出,释放二甲双胍的药物,以降低血糖水平。

美国辛辛那提大学教授 Jason Heikenfeld 领导的科研团队通过一些微型的便携式传感器,检查了唾液、泪液、汗液以及其他生物液体在检查人体健康状况方面的潜力,得出结论:汗液在无创检测方面最具前景。因为,汗液不仅可以提供与血液类似的信息,而且其分泌率可以被控制和测量。

Jason Heikenfeld 教授手持汗液传感器,相关论文发表在《自然生物技术》杂志上。Heikenfeld 教授在论文中指出:科学家们在人体健康检测方面有着四波探索的浪潮。

第一波:医生开始采用会造成创伤的方式采集血样,并将血样送至实验室检查,这种检查不仅耗时而且耗费人力。可是,这种方式直到如今还在使用。

第二波:上世纪80年代开始,科研人员们开始采用“床边检测”,或称“即时检测”的方式。这种方式让医生可以立即获得结果,而不用将样本再送至实验室。医生可以采用微型便携式设备在患者身旁进行实时检测。

第三波:采用可穿戴设备进行持续、实时地监测人体健康状况。这些设备随着时间变化获取数据,将帮助医生实时追踪患者的健康发展趋势,而不是只依赖单次检查结果。

第四波:科学家们最终将采用植入式医疗设备展开长期的诊断和监测,但是这要求科研人员们必须创造出十分健壮的传感器,可以随着更长时间变化而提供更加精准的信息。这种技术将极具挑战性,因为这些传感器的性能可能会发生变化,无法在人体内长久地保持高效工作。

辛辛那提大学工程与应用科学学院 Heikenfeld 教授在他的创新设备实验室领导团队展开的研究,就处于第三波的探索浪潮中。

在实验室中,Heikenfeld 和他的学生们一直在创造新型传感器,它的基础是如同创可贴大小的可穿戴贴片。这种传感器甚至可以在病人处于凉爽和休息的状态下刺激他的汗液分泌。此外,这些传感器还可以测量特定的生物标记物,帮助医生判断特定药物疗法的效果。还有,这些传感器可以被定制,用于测试从药物到水分再到荷尔蒙的任何指标。

去年,该实验室创造出世界上首个可以持续监测健康状况的汗液传感器,它可以在汗液中记录健康信息,就像好几代的医生们在血液中检查到的信息一样。这是一项具有里程碑意义的突破,因为这使得医生可以随着时间推移追踪病人健康状况,来判断病人的健康状况是变得更好还是更坏。而且,他们是通过一种无创的方式,将微型贴片贴到皮肤上,一次刺激汗液分泌达24小时。

去年12月份,Heikenfeld 和他的学生们将他们的最新实验成果发表在《芯片实验室》杂志上。这项研究追踪了受试者代谢乙醇的情况,并得出结论:汗液在测量身体内的药物情况时,能提供与血液几乎相同的信息。

这种新型传感器有望彻底改变我们监测疾病与健康状况的方式,为我们提供更加个性化的治疗。研究人员们已经与一些工业合作伙伴展开合作,将这项技术变为商用产品。

Heikenfeld 表示:“对于药物治疗来说,我们能够采用汗液精准地测量血液中的药物浓度。这一点很重要,因为一旦我们可以测量血液中的药物浓度,我们就可以研究药物剂量的设定。目前,药物剂量的设定有点像采用石器时代的方法。”

论文合著者、计算机生物学家 Tongli Zhang 表示,诸如此类的设备将帮助医生提供个性化的医疗照护。他说:“你不能让小孩和成人服用同样的药物剂量。同样地,我们会根据患者的体重来指定药物剂量。但是,某些患者可能会有肝或肾衰竭,而其他一些患者对于药物的新陈代谢速度可能会快10倍。所以,同样剂量对于某些患者来说可能会起不到作用,而对于另外一些患者来说是有毒的。”Zhang 表示,持续工作的传感器能从根本上改变目前的医疗方式。他说:“个性化的药物治疗正在变得越来越重要。我们意识到它很重要。如果我们可以了解到身体中正在发生着什么,我们就可以相应地调整医疗。”

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