全北國立大學(xué)Suraj Shinde 團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地探討了用于個(gè)性化醫(yī)療保健監(jiān)測的可穿戴汗液感應(yīng)貼片 （WSP） 的最新進(jìn)展，為將 WSP 集成到靈活的人機(jī)界面、個(gè)性化醫(yī)療保健解決方案和閉環(huán)系統(tǒng)提供了一條途徑。

隨著科技的進(jìn)步，人們對生命體征實(shí)時(shí)監(jiān)測的興趣日益濃厚?？纱┐鞣置谖?a href="http://www.makelele.cn/v/tag/117/" target="_blank">傳感器可以貼合器官表面，分析體液（例如汗液、唾液和淚液），準(zhǔn)確檢測生化成分、電解質(zhì)、代謝物和外部引入物質(zhì)的微小變化。因此，分泌監(jiān)測對于維持身體穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。與傳統(tǒng)的血液和尿液分析相比，汗液分析因其高可及性、無創(chuàng)和易于使用的獨(dú)特優(yōu)勢而受到關(guān)注。可穿戴汗液感應(yīng)貼片 （WSP） 可對生物標(biāo)志物進(jìn)行持續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測，并跟蹤健康指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化。

01

WSP 的基本原理和傳感方式

WSP能夠收集、處理和定量分析汗液。其通常由多層構(gòu)建而成，包括用于安全皮膚附著的粘合層、用于高效汗液運(yùn)輸?shù)牟蓸訉雍陀糜诎邢蚍治鑫餀z測的傳感層。每層都針對特定功能而設(shè)計(jì)，如汗液收集通常是使用微流體、多孔粘合劑貼片或孔型貼片通道實(shí)現(xiàn)的，這些通道利用毛細(xì)管作用或親水路徑來促進(jìn)順暢流動(dòng)并減少樣品損失，從而將汗液從皮膚引導(dǎo)到傳感器。

盡管粘合層在將 WSP 安全穩(wěn)定地附著在皮膚上起著至關(guān)重要的作用，但由于角質(zhì)層不斷更新、皮膚油脂和持續(xù)暴露在外部環(huán)境（例如水、熱、化學(xué)物質(zhì)和陽光）中，所以需要能夠在復(fù)雜的生物流體系統(tǒng)中保持長期可反復(fù)利用性和耐用性的傳感器。Wang 等人開發(fā)了一種基于絲素蛋白-聚丙烯酰胺 （SF-PAAm） 的堅(jiān)韌水凝膠貼片，具有強(qiáng)大、可調(diào)和耐用的粘合特性。相比于原始 SF 水凝膠，SF-PAAm DN 水凝膠保留了高含水量，使其能夠與具有高孔隙率的 DN 水凝膠結(jié)構(gòu)形成牢固、緊密的結(jié)合，從而確保緊密貼合皮膚表面并減少運(yùn)動(dòng)過程中脫離的可能性。同時(shí)，Sharifi 等人開發(fā)了一種智能可穿戴光學(xué)傳感器 （SWOS），它將汗液傳感器貼紙與支持物聯(lián)網(wǎng)（IoT） 的讀出模塊相結(jié)合，用于連續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測汗液量和 pH 值。

由于汗液的可及性和廣泛的分析物范圍，WSP 采用各種傳感模式，利用電化學(xué)、光學(xué)和比色方法檢測和量化汗液中的生物標(biāo)志物。其中色譜法能夠從復(fù)雜的混合物中分離出單個(gè)成分進(jìn)行分析，而質(zhì)譜法通過檢查質(zhì)荷比來量化生物標(biāo)志物，支持靶向和非靶向檢測。電化學(xué)方法如安培法和電位法，通過監(jiān)測電極表面的電化學(xué)變化來測量分析物濃度，而比色法則依靠特定的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生顏色或熒光變化，用于半定量分析。最終這些檢測數(shù)據(jù)可以無線傳輸?shù)絺€(gè)人設(shè)備，為遠(yuǎn)程醫(yī)療保健提供便攜和持續(xù)的監(jiān)控。

02

WSP 中汗液收集的創(chuàng)新技術(shù)

由于汗液中含有的分析物濃度低于血液，因此有效的汗液采樣對于 WSP 持續(xù)準(zhǔn)確地監(jiān)測汗液中的生物標(biāo)志物非常重要。離子電滲療法是使用微弱電流將離子或帶電分子通過皮膚運(yùn)輸?shù)倪^程，相反，反向離子電滲療法的工作原理是使用低電流通過皮膚從體內(nèi)提取離子或帶電分子，而不是將物質(zhì)引入體內(nèi)。Paz等人介紹了一種柔性表皮粘合貼片，該系統(tǒng)將反向離子電滲療法（RI）系統(tǒng)與安培乳酸生物傳感器結(jié)合在陽極電極上，與多孔水凝膠儲(chǔ)液器共同作用，可實(shí)現(xiàn)汗液乳酸提取和電化學(xué)測量。該貼片有效縮短了 RI 所需的時(shí)間，降低了皮膚損傷的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)促進(jìn)了汗液的快速收集和乳酸水平的持續(xù)監(jiān)測。這些創(chuàng)新設(shè)計(jì)有可能檢測出汗液中其他的生物分子，從而擴(kuò)大其在更廣泛的健康監(jiān)測中的應(yīng)用。

03

WSP 附著位置的影響

汗液成分、分泌速率和皮膚特性等因素可能會(huì)因汗液貼片的位置而表現(xiàn)出差異。因此，選擇合適的貼片位置在獲取有意義和信息豐富的數(shù)據(jù)以進(jìn)行監(jiān)測方面起著至關(guān)重要的作用。在研究中，Hooton 等人通過采用附著在皮膚上的非封閉型汗液貼片來收集一段時(shí)間（例如 24 小時(shí)）的汗液，并與一種稱為“差分化學(xué)同位素標(biāo)記 （CIL） LC-MS”的方法相結(jié)合，以研究從 20 名健康參與者的左前臂、下背部和頸部表皮中獲得的汗液樣本的代謝組曲線。此外，Baker 等人進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，其中 11 名業(yè)余運(yùn)動(dòng)員（7 名男性和 4 名女性，平均體重為 71.5 ± 8.4 公斤）參加了兩項(xiàng)隨機(jī)自行車試驗(yàn)。研究結(jié)果表明，WB 汗液 [Na] 顯著增加、[Cl+?] 和 [K] 從 LOW 到 MOD 強(qiáng)度。因此汗液采樣的有效和方便的部位是指尖、手掌和手背，這些區(qū)域富含小汗腺，自然出汗的最少分泌物可以迅速吸收。

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WSP 的醫(yī)療保健應(yīng)用

WSP 在醫(yī)療保健領(lǐng)域顯示出與代謝健康、水合作用和慢性病相關(guān)的生物標(biāo)志物的巨大潛力。例如，它們可以跟蹤汗液中的葡萄糖水平，為糖尿病管理提供了一種無創(chuàng)的替代方案。同樣，WSP 可以測量電解質(zhì)水平，這對于診斷脫水和電解質(zhì)失衡至關(guān)重要，尤其是在腎臟或內(nèi)分泌疾病患者中。這些傳感器具有敏感性、選擇性以及與數(shù)字健康技術(shù)無縫連接的能力，因此在疾病診斷、管理和個(gè)性化醫(yī)療保健方面具有巨大潛力。

可穿戴汗液感應(yīng)貼片 （WSP） 處于可穿戴技術(shù)的最前沿，提供了一種非侵入性和連續(xù)的方式來實(shí)時(shí)監(jiān)測各種生物標(biāo)志物。憑借其適應(yīng)性和可及性，汗液感應(yīng)貼片有可能顯著改善個(gè)性化醫(yī)療保健，支持早期疾病檢測，提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，并實(shí)現(xiàn)公共衛(wèi)生的環(huán)境監(jiān)測。但是，要實(shí)現(xiàn)廣泛采用，必須解決標(biāo)準(zhǔn)化、可靠性和數(shù)據(jù)解釋等挑戰(zhàn)。WSP 技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步需要科學(xué)家、工程師和醫(yī)療保健提供者之間的合作，以克服這些障礙并釋放這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的全部潛力。

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https://doi.org/10.1016/j.snr.2024.100265

來源：醫(yī)工學(xué)人