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可穿戴式汗液生物传感器可收集“人体大数据” 实时监测身体状况

导读: 芯片厂商争相开发超低功耗、柔性、印刷式元件,用于持续监测使用者健康状况,非侵入式实时采集人体数据的设备……

美国加州大学柏克莱分校(University of California, Berkeley)的电子工程暨信息科学教授Ali Javey,总是喜欢把他的团队正在进行之可穿戴式电子研究项目称为“人体大数据(big data of the human body)”。

新开发可穿戴式汗液生物传感器

今日的可穿戴式传感器已经能追踪使用者的身体活动与生命征象,但Javey在近日于美国举行的2016年度国际电子组件会议(IEDM)上发表他的研究团队成果“可穿戴式汗液生物传感器(wearable sweat biosensor)”时指出:“没有人能以分子(molecular)水平监测个人健康状况。”

市面上已经有许多不同的可穿戴式设备,如Fibit、Misfit、Apple Watch以及各种血糖仪等等,这些智能医疗设备似乎与现实世界仅距离一步之遥,显然各种无所不在的无线技术以及运算技术,已经能增强针对每一位病患的监测。

数据采集仍然是最大的挑战;为此各家厂商争相开发超低功耗、柔性、印刷式电子组件,以催生能持续监测使用者健康状况并能以非侵入式方法实时采集人体数据的设备。

在今年IEDM发表的多篇论文,就是关于柔性与印刷式电子组件技术;所提出的方案从高性能的柔性CMOS电路与传感器、省电多模式生物感测技术,到RFID与医疗贴片应用之柔性金属氧化物薄膜晶体管电路。

而Javey的团队所发表的“可穿戴式汗液生物传感器”论文特别出色,因为该团队探讨“了以广泛的汗液生物标记频谱监测人体”。

新开发可穿戴式汗液生物传感器收集“人体大数据”

不同于传统的可穿戴设备,Javey团队将人类的汗液设定为一种收集与探测更精确、更具洞察力之生理信息的手段;他表示:“我们选择汗液的原因,是因为那是最容易取得的体液。”

值得注意的是,汗液分析并不是新概念,已经有各种汗液生物标记被开发,用以定义人体健康状况;Javey解释,例如在运动领域,人们通常会以汗液分析来进行药物检测,还有汗液氯化物检测已经是囊肿性纤维化(cystic fibrosis)的标准诊断程序。

Javey表示,可穿戴式生物传感器已经被应用于在各种室内或户外的人体活动中,分析新陈代谢、电解质与重金属等广泛的汗液成分:“汗液中的钠离子与钾若过量损失,将导致低钠血症(hyponatremia)、低钾血症(hypokalemia)、肌肉痉挛或是脱水。”

其他发现还包括,汗液中的乙醇与葡萄糖据说在新陈代谢上与血液中的乙醇与葡萄糖相关,而汗液乳酸(lactate)可以被潜在视为压力性缺血(pressure ischemia)的敏感性标记;不过今日的汗液分析仍是得将检体收集起来送到实验室去才能进行。

而Javey的看法是,最好的解决方案是“人体汗液的实时分析”──也就是利用像是贴片、放在人体上的汗液生物传感器,直接在排汗时立即对汗液进行分析。

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