（文章來源：鈦媒體APP）

汗液和間質(zhì)液也可以通過無創(chuàng)離子電滲獲得。這種技術(shù)可以在兩個(gè)皮膚穿戴電極之間施加一個(gè)溫和的電流來誘導(dǎo)汗液或間質(zhì)液中的離子遷移，完全不會損傷皮膚或解除血液，并且可以在人體休息的時(shí)候進(jìn)行。Cygnus曾經(jīng)首次展示了基于反相離子電滲作用傳感器的腕戴式可穿戴設(shè)備，叫做GlucoWatch Biographer。這款設(shè)備通過了FDA認(rèn)證，可在1小時(shí)內(nèi)對間質(zhì)液中的葡萄糖進(jìn)行6次無創(chuàng)監(jiān)測，持續(xù)工作超過12小時(shí)。

因?yàn)殚g質(zhì)液成分直接從毛細(xì)血管內(nèi)皮擴(kuò)散，間質(zhì)液中的葡萄糖水平與血糖密切相關(guān)。利用裝在皮膚上的葡萄糖生物傳感器可以很容易地測定從ISF中提取的葡萄糖。不過，這款設(shè)備的預(yù)熱時(shí)間長達(dá)2-3小時(shí)；校正設(shè)備時(shí)仍然需要使用侵入式血糖儀；以及更為重要的是，有報(bào)道稱反相離子電滲會刺激皮膚，這款產(chǎn)品在二十一世紀(jì)早期退出了市場。

之后，加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程系研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)離子電滲平臺，即最開始所說的柔性臨時(shí)紋身傳感器。其上用于反相離子電滲的電極，以及葡萄糖生物傳感電極均采用絲網(wǎng)打印制成。這一概念平臺解決了GlucoWatch Biographer的幾個(gè)問題。首先，通過降低所施加的離子電滲電流和葡萄糖檢測電位，減少了反相離子電滲對皮膚的刺激。其次，一次性絲網(wǎng)印刷紋身的方式降低了設(shè)備價(jià)格。最后，它很容易固定在皮膚表面，且不會妨礙佩戴者的活動。

這一設(shè)備成功獲得了驗(yàn)證，表明基于離子電滲的可拋棄式葡萄糖傳感平臺被應(yīng)用到可穿戴設(shè)備上的潛力。不過，該設(shè)備缺乏電子集成，并且需要進(jìn)行長期連續(xù)監(jiān)測應(yīng)用的驗(yàn)證。清華大學(xué)與空軍總醫(yī)院合作，為可穿戴設(shè)備設(shè)計(jì)了一個(gè)新的傳感器，使其具備帶正電荷的玻黏胺糖酸的傳遞功能；從而加速葡萄糖向皮膚表面的傳遞，提升了間質(zhì)液中葡萄糖采樣效率。

這些基于離子電滲的葡萄糖傳感器充分利用了間質(zhì)液葡萄糖和血糖的密切關(guān)聯(lián)，以及離子電滲在人體靜止時(shí)從間質(zhì)液中取樣的能力。然而，通過離子電滲提取葡萄糖的效率難以控制，可能導(dǎo)致取樣間質(zhì)液的容量不一致，導(dǎo)致其中葡萄糖濃度發(fā)生變化。

最近，英國巴斯大學(xué)物理學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一款基于石墨烯像素的血糖監(jiān)測貼，可以提高離子電滲對標(biāo)志物提取的一致性。該平臺應(yīng)用了一系列石墨烯“像素”，大小與從單個(gè)毛囊中采集間質(zhì)液所需的容積大小相同，使得提取可以更好地重現(xiàn)。

多個(gè)石墨烯像素組成的陣列可以在單個(gè)平臺上實(shí)現(xiàn)具有冗余度的測量，以獲得更高的精度。這對于表皮可穿戴式生物傳感器的商業(yè)化至關(guān)重要。巴斯大學(xué)的這一設(shè)備在體外成功進(jìn)行了6小時(shí)以上的無創(chuàng)血糖監(jiān)測。目前，它還需要提升工作時(shí)間來滿足需求。離子電滲最近也可被應(yīng)用于刺激局部汗液分泌。方法是將汗液刺激劑（毛果蕓香堿和卡巴膽堿）加載到離子電滲電極上。這種方法可以按需產(chǎn)生汗液，并且可以在休息時(shí)獲取。

汗液刺激劑有著悠久的使用歷史。早在1959年，吉布森和庫克開發(fā)離子電滲時(shí)就使用了毛果蕓香堿。它可以通過電荷排斥作用利用陽極滲透皮膚，促進(jìn)局部汗液產(chǎn)生。商業(yè)化的氯離子監(jiān)測產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)，即Wescor的Macroduct——這款主要用于囊胞性纖維癥診斷的設(shè)備正在申請F(tuán)DA認(rèn)證。

加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程系研究團(tuán)隊(duì)也嘗試將離子電滲汗液產(chǎn)生系統(tǒng)，以及基于電流分析的生物傳感技術(shù)合并到團(tuán)隊(duì)研發(fā)的可穿戴臨時(shí)紋身上。它的可行性及性能經(jīng)過了驗(yàn)證，可在10分鐘內(nèi)測量汗液中的酒精含量，對于揭示血液酒精含量是一個(gè)有用的指標(biāo)，且沒有時(shí)間延遲，也沒有透皮裝置和檢測酒駕所用的呼氣測試儀的常見誤差。

加州幾所大學(xué)的跨校合作團(tuán)隊(duì)也開發(fā)了一種貼片式離子電滲汗液傳感器，可用于囊胞性纖維癥診斷中對鈉和氯離子的測量，也可以用于對健康人群葡萄糖濃度的測量。尤為特別的是，該平臺具有可定制的不同的汗液產(chǎn)生配置。然而，目前該平臺汗液產(chǎn)生的持續(xù)時(shí)間只有60分鐘的時(shí)間，隨著時(shí)間的推移出汗率會發(fā)生變化。這可能會妨礙連續(xù)監(jiān)視應(yīng)用。

表皮可穿戴生物傳感器的還可以在藥物檢測中發(fā)揮作用，以實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)藥動學(xué)研究。加州大學(xué)伯克利分校研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種可穿戴設(shè)備，基于毛果蕓香堿刺激的離子電滲汗液或者運(yùn)動產(chǎn)生的汗液來檢測咖啡因。這個(gè)概念驗(yàn)證表明了生物傳感器在藥動學(xué)的潛力，從而展現(xiàn)出未來在醫(yī)藥技術(shù)上應(yīng)用的巨大潛力。

不過，它并未集成汗液產(chǎn)生裝置。同時(shí)，為了在安靜狀態(tài)下進(jìn)行廣泛的藥動學(xué)研究，還需將定制的離子電滲設(shè)備與傳感平臺集成。此外，還需要對血-汗藥物濃度的相關(guān)性有更深入的了解。

大部分表皮傳感器只能對單一生物體液進(jìn)行分析。加州大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)最近展示了同時(shí)對兩種不同的生物體液進(jìn)行采樣和分析單一的穿戴式平臺。利用離子電滲，這一可佩戴紋身可對基于離子電滲給藥刺激的汗液，以及基于反相離子電滲的間質(zhì)液取樣，并同時(shí)分析各自包含的生物標(biāo)志物。

總的來說，基于無創(chuàng)取樣汗液和間質(zhì)液監(jiān)測的表皮可穿戴式平臺在設(shè)備集成、傳感精度、汗液/ISF生成和替代、信號傳導(dǎo)、數(shù)據(jù)傳輸和多路復(fù)用傳感等方面取得了顯著進(jìn)展；同時(shí)，相關(guān)的柔性材料和自恢復(fù)材料也有進(jìn)展。然而，這一技術(shù)還需要延長使用時(shí)間，增強(qiáng)傳感器響應(yīng)與同期分析血液濃度的相關(guān)性，對生物體液有效可控的取樣，以及加強(qiáng)汗液取樣和傳輸，以提高檢測的可靠性和關(guān)聯(lián)來動態(tài)監(jiān)控濃度的變化。

多路復(fù)用傳感平臺可以通過校正復(fù)雜因素的變化來進(jìn)一步增強(qiáng)了監(jiān)測汗液分析物的可靠性。由于滿足了通過體育鍛煉產(chǎn)生汗液的要求，目前已問世的系統(tǒng)特別適合體質(zhì)監(jiān)測。不過，為了滿足如糖尿病或酒精監(jiān)測的需求，需要可替代的無創(chuàng)取樣路徑，還需要擴(kuò)大目標(biāo)生物標(biāo)志物的范圍。
（責(zé)任編輯：fqj）