新型可穿戴传感器可以实时监测汗水 该贴片可以根据运动和饮食等因素导致的汗液 pH 值和温度变化来校准葡萄糖测量值

宾夕法尼亚州立大学的研究人员开发了一种新的可穿戴传感器，可以在数周内监测汗液中的葡萄糖水平。
图片来源：凯特·迈尔斯/宾夕法尼亚州立大学

宾夕法尼亚州立大学的一组研究人员开发了一种新型可穿戴贴片，可以通过分析您的汗水来监测您的健康状况。该贴片由特殊材料制成，可以检测汗液中的葡萄糖、pH 值和温度，可以提供有关身体状况的宝贵信息，并帮助诊断和管理糖尿病等疾病。

汗液作为生物标志物

研究人员在《Advanced Functional Materials 》上发表了他们的研究结果，他们说汗液是生物标志物的丰富来源，这些生物标志物是指示体内健康或疾病状态的物质。然而，测量汗液中的生物标志物并不容易，因为它们的浓度非常低，并且会根据运动、饮食和环境等因素而变化。以前的汗液传感器面临灵敏度低、表面积有限和稳定性差等限制。

为了克服这些挑战，研究人员使用了一种称为激光诱导石墨烯（LIG）的新型材料作为传感器的基础。LIG 是一种灵活且易于制造的材料，由呈蜂窝状排列的碳原子组成。研究人员利用金银合金和碳基纳米复合材料的3D网络增强了LIG，从而提高了材料的导电性以及抗氧化和团聚能力。

改良的 LIG 材料可以通过感应其表面葡萄糖的氧化来测量汗液中的葡萄糖水平。氧化过程产生与葡萄糖浓度成比例的电流或电势变化。该材料还可以通过感应溶液中的氢离子来测量汗液的 pH 值。研究人员将葡萄糖和 pH 传感器与另一个基于 LIG 的传感器结合起来，可以测量汗液的温度。然后，他们将这些传感器与可拉伸的微流体层集成，该微流体层可以收集和传送汗液以进行采样。

研究人员通过将传感器和微流体层连接到柔性基板上来制造可穿戴贴片。贴片大约是两张邮票的大小，可以用胶带贴在皮肤上。它可以将数据无线传输到计算机或移动设备进行实时监控和分析。

该贴片可以根据运动和饮食等因素引起的汗液中的pH值和温度变化来校准葡萄糖测量值。这可以提高测量的准确性和可靠性。该贴片还可以以高灵敏度和稳定性测量长达三周的葡萄糖水平，这与以前的传感器性能和准确性有限不同。

Schematic showing the design, structure, and application of the microfluidic non-enzymatic sweat analysis patch.
Source: Advanced Functional Materials

帮助诊断

研究人员表示，他们的补丁可以提供有关人类健康的宝贵信息，并可能有助于诊断和管理糖尿病等疾病。糖尿病是一种慢性疾病，会影响身体调节血糖水平的能力。高血糖或低血糖水平会导致严重的并发症，如神经损伤、肾衰竭和失明。通过监测汗液中的葡萄糖水平，该贴片可以帮助糖尿病患者相应地调整他们的药物、饮食和生活方式。

研究人员还表示，他们的贴片可以扩展到检测汗液中的其他生物标志物，如激素、电解质和代谢物。这些生物标志物可以揭示有关健康各个方面的信息，例如压力，水合作用，营养和新陈代谢。

该研究的首席研究员、宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学副教授Huanyu “Larry” Cheng表示，他们的传感器是汗液监测技术的突破，因为它可以高灵敏度和稳定性测量葡萄糖水平长达三周，不像以前的传感器性能和准确性有限。他补充说，他们的传感器价格实惠且易于使用，因为它可以将数据无线发送到设备进行实时分析。他说，他们的传感器可以通过各种方式使人们受益，例如检测和管理疾病，定制医疗以及根据个人需求优化营养。

该研究发表在Advanced Functional Materials上。

Study abstract:

尽管人们越来越努力地致力于开发用于监测生理和代谢信息的无创可穿戴电化学汗液传感器，但随着时间的推移，它们中的大多数仍然缺乏稳定性和特异性以及温度波动。本研究报道了基于纳米复合材料改性多孔石墨烯的长效稳定、高灵敏度柔性电化学传感器的设计与制备，用于检测汗液中葡萄糖等生物标志物。多孔石墨烯电极上的激光还原和图案化稳定的导电纳米复合材料为所得葡萄糖传感器提供了1317.69 μA mm−1 cm−2的出色灵敏度和0.079 μm的超低检测限。该传感器还可以检测pH值并表现出非凡的稳定性，可在环境条件下21天内保持超过91%的灵敏度。结合基于相同材料系统的温度传感器，双葡萄糖和pH传感器与灵活的微流体汗液采样网络集成，进一步通过同时测量的pH和温度进行校准，从而实现精确的连续体内葡萄糖检测。低成本、高灵敏度、长期稳定的平台有助于不同生物标志物的早期识别和持续监测，用于非侵入性疾病诊断和治疗评估。