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監(jiān)測身體健康，也許只需一滴汗？—論文—科學(xué)網(wǎng)

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2024年12月06日 23:52

炎炎夏日，太陽暴曬之下，光是走在路上就能出一身的汗。不過擦拭汗水時，你是否想過，僅僅通過一滴汗，就能洞察身體的健康狀況？

近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所研究員黃行九團(tuán)隊研發(fā)出了包含固體接觸材料、傳感器陣列、微流控芯片、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與處理及數(shù)據(jù)可視化等多個模塊的全集成多路腕表，能夠精確識別汗液中的鉀、鈉、鈣等關(guān)鍵電解質(zhì)離子，相當(dāng)于醫(yī)療健康監(jiān)測的“預(yù)報燈”。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會納米》期刊上。

監(jiān)測汗液中電解質(zhì)離子的全集成多路腕表。課題組供圖

汗液中的電解質(zhì)離子：

人體健康指標(biāo)的“晴雨表”

黃行九介紹，“汗液作為人體的自然產(chǎn)物，遠(yuǎn)不止是利用簡單的水分蒸發(fā)來實(shí)現(xiàn)體表降溫那樣簡單。汗液蘊(yùn)藏著豐富的健康信息，是連接內(nèi)在機(jī)能與外界環(huán)境的橋梁，已經(jīng)成為研究人員監(jiān)測人體健康的重要渠道?！?/p>

汗液含有電解質(zhì)、代謝產(chǎn)物、藥物、微量元素等多種成分。尤其是電解質(zhì)離子，如鉀、鈉、鈣等，其在體內(nèi)的平衡狀態(tài)對神經(jīng)傳導(dǎo)、肌肉收縮、心臟跳動等生命活動至關(guān)重要，是維持人體正常生理功能的必需品。

例如，鉀離子參與心臟肌肉細(xì)胞和心肌細(xì)胞靜息/動作電位的形成，與心臟的正常跳動和節(jié)律有著密不可分的聯(lián)系，流失過多可能影響心臟跳動和神經(jīng)肌肉功能，而鈉離子的流失可能導(dǎo)致疲勞、頭暈、肌肉痙攣等癥狀。

因此，汗液中的離子濃度作為評估人體水分平衡、神經(jīng)肌肉功能乃至心臟健康的一個重要指標(biāo)，其濃度變化往往與多種疾病密切相關(guān)?！巴ㄟ^分析汗液中的離子濃度，我們就可以監(jiān)測體內(nèi)水分平衡、電解質(zhì)狀態(tài)、能量代謝情況乃至一些疾病等潛在健康問題的早期預(yù)警信號?！秉S行九說道。

可穿戴汗液離子監(jiān)測設(shè)備：

健康科技的“保護(hù)俠”

與其他生物流體，比如血液、尿液等體液的監(jiān)測相比，汗液監(jiān)測有其獨(dú)特的優(yōu)勢：既沒有很強(qiáng)的侵入性，不用扎針，還可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)長時間監(jiān)測，極大地提高了使用者的舒適度，因此在健康監(jiān)測和醫(yī)療診斷領(lǐng)域有著巨大的潛力。

最初，汗液成分的化學(xué)分析多依賴于大型儀器。后來，隨著微電子技術(shù)和生物傳感技術(shù)的快速發(fā)展，研究人員開發(fā)出了多種更加先進(jìn)的傳感器，能夠直接貼合人體表皮，實(shí)時“解析”汗液，從中獲取各種重要的生理指標(biāo)信息。

通過集成微流控技術(shù)，傳感器能以更少的樣本量完成高效分析；結(jié)合無線傳輸技術(shù)，傳感器能實(shí)時同步數(shù)據(jù)至智能手機(jī)或云端，為用戶提供即時的健康反饋。

小小的穿戴設(shè)備設(shè)計精巧地貼合于皮膚表面，可隨時隨地實(shí)現(xiàn)微量汗液中電解質(zhì)離子的檢測，成為當(dāng)今健康科技的“保護(hù)俠”。

全集成多路腕表：

醫(yī)療健康檢測的“預(yù)報燈”

汗液離子傳感芯片的核心部件是固體接觸層，其穩(wěn)定性關(guān)乎傳感器的應(yīng)用效果和使用壽命，是長期可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。

黃行九強(qiáng)調(diào)，“聚焦電位傳感芯片的核心模塊，提高汗液傳感器穩(wěn)定性能，保障傳感界面的穩(wěn)定性。只有傳感芯片穩(wěn)了，才能測得準(zhǔn)、用得久，這是長期可靠監(jiān)測的硬指標(biāo)?！?/p>

因此，如何設(shè)計一個高穩(wěn)定的固體接觸界面，同時開發(fā)全集成多模塊汗液離子傳感器，對于多種離子的實(shí)時穩(wěn)定監(jiān)測極為重要。

黃行九等人研發(fā)的全集成多路腕表包含高穩(wěn)定的固體接觸層、可批量化生產(chǎn)的傳感器陣列、新型汗液微流通道、高效信號轉(zhuǎn)換與處理系統(tǒng)，以及直觀的數(shù)據(jù)可視化界面，能夠精確識別與監(jiān)測汗液中的鉀、鈉、鈣等關(guān)鍵電解質(zhì)離子，為人體健康監(jiān)測提供實(shí)時分析和預(yù)警。

值得一提的是，該腕表即使在存放半年后，仍能夠保持對人體汗液中鉀、鈉、鈣離子的精準(zhǔn)監(jiān)測，長期可用性遠(yuǎn)超其他多種傳感芯片。

黃行九介紹，“這項(xiàng)研究深刻融入了材料設(shè)計、界面機(jī)理研究、傳感器芯片量產(chǎn)、模塊化完全集成等多方面的綜合考量，為推動多種技術(shù)融合的可穿戴電化學(xué)汗液傳感器提供了更多可能性?！?/p>

黃行九表示，未來，汗液傳感器的研發(fā)將融合材料科學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、電子工程與微納制造等多學(xué)科技術(shù)，使得汗液監(jiān)測更加精確、全面和深入，讓人們能夠更加方便、快捷地獲取身體的健康信息，為人們的生活帶來更多的便利和安心。（來源：中國科學(xué)報王敏蔡鑫）

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c13035

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