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可穿戴式传感器使用汗液检测血液中的酒精含量

导读: 来自美国的研究人员开发出一款可穿戴装置,该装置能够激发人体产生汗液,然后每25秒测量一次汗液中的乙醇浓度。该系统可用于追踪重要分析物,如激素或药物,以告知用户药物如何在体内实时代谢。

可穿戴式传感器使用汗液检测血液中的酒精含量

据麦姆斯咨询报道,最新研究证明,汗液中的酒精含量与血液中的酒精含量具有相关性。来自美国的研究人员开发出一款可穿戴装置,该装置能够激发人体产生汗液,然后每25秒测量一次汗液中的乙醇浓度。该系统可用于追踪重要分析物,如激素或药物,以告知用户药物如何在体内实时代谢。

来自美国辛辛那提大学(University of Cincinnati)的Jason Heikenfeld及其同事为人类受试者提供了一种酒精饮料,并使用他们开发的新型无创微流体传感贴片测量受试者前臂汗液中的乙醇水平。该结果模拟了使用商用酒精测定计测量血液酒精含量,不出所料具有时间滞后性。Heikenfeld评论道,“这是全球首次利用简单的可穿戴式贴片装置,很好地关联了血液和汗液中的酒精含量数据。”

可穿戴式传感器使用汗液检测血液中的酒精含量

可穿戴式传感器使用汗液检测血液中的酒精含量

上图显示了在测试对象皮肤上组装的装置正面图,下图显示了完成体内试验后的装置背面图

许多汗液感应装置依赖于运动中产生的汗液,不适用于连续监测汗液中的物质。Heikenfeld发明的装置可以轻松应用于受试者的皮肤,使用一种称之为离子电渗疗法的技术按需刺激汗液。该技术用微小的电流驱使一种化学物质(在这种情况下是卡巴胆碱)进入皮肤,导致局部出汗。稳定状态下的汗液生成结果,可持续数小时或数天,允许研究人员进行持续测量。

商用乙醇传感器对汗液进行分析时,测量传感器电极上的醇氧化酶代谢乙醇时生成的过氧化氢。

然而,由于提供的样本量只有纳升,用传感器分析汗液就变得尤为困难。研究人员使用了一种“六角芯(hex-wick)”材料克服了上述挑战,该材料可以吸收汗液并快速将其传输给传感器,从而减少汗液在皮肤表面的时间,防止受到污染。

来自美国东南密苏里州立大学(Southeast Missouri State University)的David Cunningham在制药、诊断和医疗器械(包括可穿戴式生物传感器)开发方面拥有超过25年的经验,他表示“各个组件的最优整合,汗液刺激,利用微流体技术将汗液从皮肤转移到装置和酶电极。”都给人留下了深刻的印象。

该装置的目标,亦是挑战,是以无创的方式持续追踪血液中的分子信息。该装置实现了汗液和血液中乙醇含量的关联性,因为乙醇分子很小且具有脂溶性,因此可以轻松通过体内细胞膜,导致汗液和血液中的乙醇比例达到1:1。Heikenfeld补充道,“乙醇作为很好的验证工具理应拥有更多用途,如测量类固醇激素,包括皮质醇、睾酮和雌激素,也可用于连续测量小而亲脂的循环药物。”

都柏林城市大学(Dublin City University)国家传感器研究中心主任Dermot Diamond表示,“我从未低估这种从原理验证到具备完整功能可穿戴式可靠装置所面临的挑战。实际上将其带到下一发展水平阶段是最为重大的挑战。”尽管存在挑战,但是他也肯定了这是一个重要的研究领域,“该研究会从全球范围内吸引到一些最大行业领域的兴趣,如制药、医疗器械和大型信息与通信技术(ICT)公司,从而形成更大的市场。”

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