工程师在基于线程的可穿戴汗液传感器中检测健康标记

背景：运动时汗液中乳酸的读数。图片来源：塔夫茨大学纳米实验室的Sameer Sonkusale

塔夫茨大学的工程师创造了首创的柔性电子传感贴片，可以将其缝入衣服中以分析汗液中的多个标记。该贴片可用于诊断和监测急性和慢性健康状况，或在运动或工作场所表现期间监测健康。今天在NPJ Flexible Electronics杂志上描述的该设备包括特殊的传感线程，电子组件和用于实时数据采集，存储和处理的无线连接。

典型的消费者健康监视器可以跟踪心率，温度，血糖，步行距离和其他总体测量值。但是，对于医疗数据收集或高性能运动或军事应用，需要对个人的健康，压力和表现有更详细的了解。特别地，诸如电解质和其他生物分子的代谢标记物为人类健康提供了更直接的指标，以准确评估运动表现，工作场所安全性，临床诊断以及管理慢性健康状况。

塔夫茨（Tufts）工程师创建的贴片设备可对汗液中存在的重要生物标志物进行实时测量，包括钠和铵离子（电解质），乳酸盐（代谢产物）和酸度（pH）。该设备平台还具有足够的通用性，可以集成多种传感器，可追踪汗液中几乎所有标记。进行的测量可以用于诊断。例如，汗液中的钠可以指示人体的水合作用状态和电解质不平衡。乳酸浓度可以指示肌肉疲劳；氯离子水平可用于诊断和监测囊性纤维化 ; 皮质醇是一种压力激素，可用于评估情绪压力以及新陈代谢和免疫功能。

运动员在体育锻炼过程中可以监视各种指标，以帮助预测比赛中的表现高峰或低落。

通过涂有导电油墨的柔性线，可以将传感器集成到衣服中。不同的涂层会改变螺纹的功能。例如，可以通过用掺有乳酸氧化酶的酶促传感材料包被线来检测乳酸。pH感应线涂有对酸度敏感的聚苯胺，依此类推。线传感器阵列集成到衣服或补丁中，并连接到微型电路模块和微处理器，并具有与智能手机通信的无线功能。

塔夫斯大学工程学院博士后，该研究的第一作者特普里·特瑟·塔考尔说：“汗水是健康监测的有用流体，因为它很容易获得，并且可以无创地收集。” “我们可以在汗液中吸收的标志物也与血浆水平密切相关，这使其成为一种出色的替代诊断液。”

研究人员在人体上测试了该设备，在固定自行车上进行最大程度的锻炼时监测电解质和代谢产物的反应。传感器能够在5到30秒的间隔内上下移动分析物时检测到分析物水平的变化，足以满足大多数实时跟踪需求。受试者包括具有各种身体条件的男人和女人，从根据饮食习惯进行体育锻炼到没有体育锻炼且没有特定饮食限制的个人。尽管当前的研究并非要确定分析物读数与性能和条件之间的相关性，但它确实确定了该传感器能够检测出分析物表达的一致模式，可用于将来的研究中识别这些相关性。

塔夫茨工程学院电气与计算机工程教授，该研究的相应作者萨梅尔·桑库萨尔（Sameer Sonkusale）说：“我们开发的传感器补丁是制造完全灵活的基于线程的电子设备的更大策略的一部分。” “编织到织物中并直接作用于皮肤的柔性设备意味着我们不仅可以无创地而且完全不显眼地跟踪健康和性能-佩戴者甚至可能不会感觉到或注意到它。”

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