全北国立大学:研究可穿戴汗液传感贴片，用于无创连续健康监测

全北国立大学Suraj Shinde 团队系统地探讨了用于个性化医疗保健监测的可穿戴汗液感应贴片 （WSP） 的最新进展，为将 WSP 集成到灵活的人机界面、个性化医疗保健解决方案和闭环系统提供了一条途径。

随着科技的进步，人们对生命体征实时监测的兴趣日益浓厚。可穿戴分泌物传感器可以贴合器官表面，分析体液（例如汗液、唾液和泪液），准确检测生化成分、电解质、代谢物和外部引入物质的微小变化。因此，分泌监测对于维持身体稳态至关重要。与传统的血液和尿液分析相比，汗液分析因其高可及性、无创和易于使用的独特优势而受到关注。可穿戴汗液感应贴片 （WSP） 可对生物标志物进行持续、实时监测，并跟踪健康指标的动态变化。

01

WSP 的基本原理和传感方式

WSP能够收集、处理和定量分析汗液。其通常由多层构建而成，包括用于安全皮肤附着的粘合层、用于高效汗液运输的采样层和用于靶向分析物检测的传感层。每层都针对特定功能而设计，如汗液收集通常是使用微流体、多孔粘合剂贴片或孔型贴片通道实现的，这些通道利用毛细管作用或亲水路径来促进顺畅流动并减少样品损失，从而将汗液从皮肤引导到传感器。

尽管粘合层在将 WSP 安全稳定地附着在皮肤上起着至关重要的作用，但由于角质层不断更新、皮肤油脂和持续暴露在外部环境（例如水、热、化学物质和阳光）中，所以需要能够在复杂的生物流体系统中保持长期可反复利用性和耐用性的传感器。Wang 等人开发了一种基于丝素蛋白-聚丙烯酰胺 （SF-PAAm） 的坚韧水凝胶贴片，具有强大、可调和耐用的粘合特性。相比于原始 SF 水凝胶，SF-PAAm DN 水凝胶保留了高含水量，使其能够与具有高孔隙率的 DN 水凝胶结构形成牢固、紧密的结合，从而确保紧密贴合皮肤表面并减少运动过程中脱离的可能性。同时，Sharifi 等人开发了一种智能可穿戴光学传感器 （SWOS），它将汗液传感器贴纸与支持物联网（IoT） 的读出模块相结合，用于连续、实时监测汗液量和 pH 值。

由于汗液的可及性和广泛的分析物范围，WSP 采用各种传感模式，利用电化学、光学和比色方法检测和量化汗液中的生物标志物。其中色谱法能够从复杂的混合物中分离出单个成分进行分析，而质谱法通过检查质荷比来量化生物标志物，支持靶向和非靶向检测。电化学方法如安培法和电位法，通过监测电极表面的电化学变化来测量分析物浓度，而比色法则依靠特定的化学反应产生颜色或荧光变化，用于半定量分析。最终这些检测数据可以无线传输到个人设备，为远程医疗保健提供便携和持续的监控。

02

WSP 中汗液收集的创新技术

由于汗液中含有的分析物浓度低于血液，因此有效的汗液采样对于 WSP 持续准确地监测汗液中的生物标志物非常重要。离子电渗疗法是使用微弱电流将离子或带电分子通过皮肤运输的过程，相反，反向离子电渗疗法的工作原理是使用低电流通过皮肤从体内提取离子或带电分子，而不是将物质引入体内。Paz等人介绍了一种柔性表皮粘合贴片，该系统将反向离子电渗疗法（RI）系统与安培乳酸生物传感器结合在阳极电极上，与多孔水凝胶储液器共同作用，可实现汗液乳酸提取和电化学测量。该贴片有效缩短了 RI 所需的时间，降低了皮肤损伤的风险，同时促进了汗液的快速收集和乳酸水平的持续监测。这些创新设计有可能检测出汗液中其他的生物分子，从而扩大其在更广泛的健康监测中的应用。

03

WSP 附着位置的影响

汗液成分、分泌速率和皮肤特性等因素可能会因汗液贴片的位置而表现出差异。因此，选择合适的贴片位置在获取有意义和信息丰富的数据以进行监测方面起着至关重要的作用。在研究中，Hooton 等人通过采用附着在皮肤上的非封闭型汗液贴片来收集一段时间（例如 24 小时）的汗液，并与一种称为“差分化学同位素标记 （CIL） LC-MS”的方法相结合，以研究从 20 名健康参与者的左前臂、下背部和颈部表皮中获得的汗液样本的代谢组曲线。此外，Baker 等人进行了一项实验，其中 11 名业余运动员（7 名男性和 4 名女性，平均体重为 71.5 ± 8.4 公斤）参加了两项随机自行车试验。研究结果表明，WB 汗液 [Na] 显著增加、[Cl+−] 和 [K] 从 LOW 到 MOD 强度。因此汗液采样的有效和方便的部位是指尖、手掌和手背，这些区域富含小汗腺，自然出汗的最少分泌物可以迅速吸收。

04

WSP 的医疗保健应用

WSP 在医疗保健领域显示出与代谢健康、水合作用和慢性病相关的生物标志物的巨大潜力。例如，它们可以跟踪汗液中的葡萄糖水平，为糖尿病管理提供了一种无创的替代方案。同样，WSP 可以测量电解质水平，这对于诊断脱水和电解质失衡至关重要，尤其是在肾脏或内分泌疾病患者中。这些传感器具有敏感性、选择性以及与数字健康技术无缝连接的能力，因此在疾病诊断、管理和个性化医疗保健方面具有巨大潜力。

可穿戴汗液感应贴片 （WSP） 处于可穿戴技术的最前沿，提供了一种非侵入性和连续的方式来实时监测各种生物标志物。凭借其适应性和可及性，汗液感应贴片有可能显著改善个性化医疗保健，支持早期疾病检测，提高运动表现，并实现公共卫生的环境监测。但是，要实现广泛采用，必须解决标准化、可靠性和数据解释等挑战。WSP 技术的持续进步需要科学家、工程师和医疗保健提供者之间的合作，以克服这些障碍并释放这项创新技术的全部潜力。

▼文章链接：

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

来源：医工学人