手指套利用汗液提供指尖健康监测

Josiah02

汗液驱动的可穿戴设备有望让持续、个性化的健康监测变得像贴创可贴一样轻松。加州大学圣地亚哥分校的工程师们开发出了一种电子手指套，它可以监测指尖汗液中的重要化学物质水平，例如葡萄糖、维生素甚至药物，而汗液正是其能量来源。
该项进展由加州大学圣地亚哥分校化学与纳米工程系教授 Joseph Wang 的研究小组于9 月 3 日发表在《自然电子学》杂志上。
该装置紧紧缠绕在手指上，从一个意想不到的来源——指尖的汗液中获取能量。尽管指尖很小，但却是人体最活跃的汗腺之一，每个指尖都布满了一千多个汗腺。即使在休息时，这些汗腺也能产生比身体其他部位多 100 到 1,000 倍的汗液。
这种持续不断的自然排汗（无需任何刺激或体力活动）提供了可靠的能量来源，即使在不活动或睡眠期间也能为设备提供能量。
该设备由多个电子元件构成，印刷在薄而柔韧的可拉伸聚合物材料上。其设计使其能够贴合手指，同时足够耐用，能够承受反复弯曲、拉伸和移动。
王说：“它基于能量收集和存储组件的卓越集成，流体微通道中配有多个生物传感器以及相应的电子控制器，所有这些都触手可及。”
其运行的核心是生物燃料电池，位于设备与指尖接触的位置。这些电池经过特殊设计，可以高效收集汗液中的化学物质并将其转化为电能。这些电能储存在一对可拉伸的氯化银锌电池中，这些电池为一套传感器供电——总共四个——每个传感器负责监测特定的生物标志物：葡萄糖、维生素 C、乳酸和左旋多巴（一种用于治疗帕金森病的药物）。
当汗液通过微小的纸质微流体通道进入这些传感器时，该设备会分析生物标志物水平，同时从其采样的汗液中获取所需的能量。一个小芯片处理来自传感器的信号，并通过低功耗蓝牙将数据无线传输到定制设计的智能手机或笔记本电脑应用程序。
“这是一种触手可及的自动健康监测设备，”这项研究的共同第一作者、加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院王教授研究小组的博士后研究员丁世超说道。“佩戴者可以休息或睡觉，该设备仍然可以收集能量并跟踪生物标志物水平。”
在测试中，受试者全天佩戴该设备来追踪进餐时的血糖水平、伏案工作和运动时的乳酸水平、喝橙汁时的维生素 C 水平以及食用蚕豆（该化合物的天然来源）后的左旋多巴水平。
丁和共同第一作者 Tamoghna Saha 表示，该设备可以通过检测不同的生物标志物进行定制，以满足个人的健康需求。
研究人员正在开发一种闭环系统，该系统不仅可以监测生物标志物，还可以根据收集的数据实施治疗。例如，对于糖尿病，这种设备可以持续监测血糖水平并根据需要自动注射胰岛素，然后通过进一步监测生物标志物水平来评估治疗效果。
丁教授表示：“将自主供电、传感和治疗功能集成到一个设备中，这是我们的最终目标。”