可穿戴的“健康傳感器”

汪小科

多年前，美國加州地區(qū)多家醫(yī)院的一項(xiàng)調(diào)查結(jié)果顯示：很多求診者因懼怕抽血而回避、放棄體檢，導(dǎo)致延誤病情，影響健康，甚至危及生命。

此現(xiàn)象引起美國醫(yī)學(xué)界很多專家學(xué)者的關(guān)注，經(jīng)過進(jìn)一步調(diào)研，他們發(fā)現(xiàn)有些求診者害怕抽血化驗(yàn)，是因?yàn)槌檠袝r(shí)會(huì)令傷口感染，血管損傷。頻繁抽血，還會(huì)使人出現(xiàn)頭暈、暈血等不適癥狀。

醫(yī)學(xué)界的專家學(xué)者紛紛開始探討有沒有不用抽血，就能夠檢測(cè)出人體各項(xiàng)健康指標(biāo)的辦法。美國加州理工學(xué)院醫(yī)學(xué)工程副教授高偉對(duì)此論題產(chǎn)生了濃厚興趣，但他思考了很長時(shí)間，都不知從何處開始著手研究。

一日，高偉在加州大學(xué)洛杉磯分校醫(yī)學(xué)中心做學(xué)術(shù)交流時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)醫(yī)學(xué)中心正在攻克一種叫作囊性纖維化的遺傳病，而且已取得了初步的臨床研究進(jìn)展。這種疾病需要將一種容易引起患者出汗的物質(zhì)涂在患者手臂上，等患者出汗以后，再通過測(cè)量汗液中電解質(zhì)中的氯和鈉的濃度來確診病情。

高偉由此想到，既然汗液有捕捉人體病情信號(hào)的功能，就應(yīng)該有著與血液類似的檢測(cè)屬性。隨后，他在美國加州理工學(xué)院內(nèi)組建起科研團(tuán)隊(duì)，開始對(duì)人體汗液進(jìn)行研究。

經(jīng)過樣本抽樣調(diào)查，科研人員發(fā)現(xiàn)人體汗液中的部分離子，如鈉離子的濃度能反映人體神經(jīng)損傷和代謝紊亂的程度，汗液中的一些小分子代謝物，如葡萄糖的濃度能精準(zhǔn)反映人體的血糖水平，汗液中的乳酸濃度是檢測(cè)人體“中毒”程度的“晴雨表”。

為了能夠?qū)崟r(shí)精準(zhǔn)地檢測(cè)出人體汗液中各種物質(zhì)的濃度指標(biāo)，高偉和科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出了一款貼合皮膚的汗液監(jiān)測(cè)傳感器，傳感器上安裝有刺激排汗的電極。這種傳感器是通過嵌入其中的酶物質(zhì)和抗體來探測(cè)汗液樣本中的各項(xiàng)濃度指標(biāo)。但由于傳感器中的抗體最多只能使用一次，致使這個(gè)裝置使用率太低。

雖然研發(fā)受阻，但是高偉和科研團(tuán)隊(duì)沒有氣餒，繼續(xù)尋找可重復(fù)使用的抗體，只是在很長一段時(shí)間里都未能如愿找到。直到有一天，高偉下班回到家，發(fā)現(xiàn)家里的電視因?yàn)榛覊m的日漸沉積，吸附了潮氣，令電路堵塞，電路板短路。高偉突然得到啟發(fā)——電視里的電路通道工作原理或許也能用于傳感器的檢測(cè)機(jī)制。

基于這個(gè)設(shè)想，高偉設(shè)計(jì)出了孔狀中空結(jié)構(gòu)的新型傳感器。以檢測(cè)谷氨酰氨基酸為例，當(dāng)汗液流入孔狀中空結(jié)構(gòu)的傳感器中，這些小孔被汗液中的谷氨酰胺分子堵住，能接觸到內(nèi)層的汗液就會(huì)減少，傳感器的電信號(hào)就會(huì)減弱。通過監(jiān)測(cè)電信號(hào)的強(qiáng)弱，就可以推斷出人體汗液中谷氨酰胺的濃度。

通過這種原理，還能檢測(cè)出人體所必需的多種氨基酸和維生素的濃度指標(biāo)，而這些小孔也可以通過微弱的電信號(hào)來“清洗”。

這種新型傳感器在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的人體試驗(yàn)中取得了成功，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)人體更多健康指標(biāo)的持續(xù)監(jiān)測(cè)。