目前，美國(guó)加州理工學(xué)院醫(yī)學(xué)工程副教授高偉(音譯)和同事喬安妮·威倫斯(JoAnne Willens)等人經(jīng)過多年研發(fā)設(shè)計(jì)，現(xiàn)最新研制一款專注于醫(yī)療應(yīng)用的可穿戴傳感器，該技術(shù)代表了迄今為止檢測(cè)最精確、最靈敏的技術(shù)迭代。

圖中是汗液監(jiān)測(cè)傳感器，較大的彎曲部是刺激排汗的電極。

威倫斯說：“我們之前設(shè)計(jì)過可穿戴汗液傳感器，但有很多生物指標(biāo)是需要檢測(cè)的，此前我們無法技術(shù)實(shí)現(xiàn)，也沒有更好的策略方案，之前設(shè)計(jì)的可穿戴汗液傳感器依賴嵌入其中的酶物質(zhì)，來檢測(cè)有限數(shù)量的相關(guān)化合物，雖然傳感器中使用的抗體可探測(cè)到低濃度樣本中更多的化合成分，但該技術(shù)存在一個(gè)很大的缺點(diǎn)——傳感器中的抗體僅能使用一次，這將意味著該傳感器是高損耗裝置，實(shí)用性并不強(qiáng)?！?/p>

(相關(guān)資料圖)

最新設(shè)計(jì)的可穿戴傳感器進(jìn)行了大幅升級(jí)，其中包括：分子印跡聚合物技術(shù)，分子印跡聚合物就像人造、可重復(fù)使用的抗體，為了更深入地介紹該傳感器是如何工作的，他們解釋稱，設(shè)想存在一個(gè)形狀像加號(hào)的物體，如果在該物體上傾倒硅橡膠，使橡膠變硬，然后再將分子從橡膠中分離出來，就會(huì)獲得一個(gè)加號(hào)形狀中空的橡膠塊，只有相同大小和形狀的物體才能很好地匹配這個(gè)中空結(jié)構(gòu)，這就是分子印跡聚合物的工作原理，但大小規(guī)格要小很多。例如：如果人們想制造一個(gè)能檢測(cè)谷氨酰氨基酸的傳感器，就需要制備含有谷氨酰胺分子的聚合物，然后通過化學(xué)過程去除谷氨酰胺，這樣就會(huì)獲得一個(gè)帶孔的聚合物，形成與谷氨酰胺完全相同。

最新設(shè)計(jì)的可穿戴傳感器創(chuàng)新之處在于這種特殊條件形成的聚合物能與一種材料結(jié)合在一起，該材料在接觸人體汗液時(shí)，在施加電壓下會(huì)被氧化或者還原。

高偉設(shè)計(jì)的可穿戴傳感器創(chuàng)新之處在于這種特殊條件形成的聚合物能與一種材料結(jié)合在一起，該材料在接觸人體汗液時(shí)，在施加電壓下會(huì)被氧化或者還原。只要這些谷氨酰胺形狀的小孔處于打開狀態(tài)，汗液就會(huì)接觸到傳感器內(nèi)層，并產(chǎn)生電信號(hào)。但當(dāng)谷氨酰胺分子與聚合物接觸時(shí)，就會(huì)進(jìn)入孔狀結(jié)構(gòu)中。

當(dāng)這些小孔被谷氨酰胺分子堵住，能接觸到內(nèi)層汗液就會(huì)變少，相應(yīng)的電信號(hào)也會(huì)變?nèi)?，通過監(jiān)測(cè)電信號(hào)變化情況，研究人員可以推斷人體汗液中含有多少谷氨酰胺，谷氨酰胺越多，信號(hào)越弱，谷氨酰胺越少，信號(hào)則越強(qiáng)。

高偉說：“這種獨(dú)特策略使我們能檢測(cè)出人體所有9種必需氨基酸和多種維生素，我們可以持續(xù)監(jiān)測(cè)，與抗體不同的是，傳感器中的聚合物可以很容易被‘清洗’，通過應(yīng)用微弱的電信號(hào)來破壞目標(biāo)分子或者清空它所在的孔?！?/p>

該傳感器第二個(gè)創(chuàng)新是微流體應(yīng)用，這是一種利用不足0.25毫米直徑的微小通道操縱少量流體的技術(shù)，微流體技術(shù)允許傳感器在有微量汗液存在的情況下工作。

高偉指出，人體可以使用人工刺激的方式使藥物分子通過電流排出體外，但之前的傳感器需要更多的汗液，因此需要更多的電流，這可能會(huì)讓使用者感到不舒服，由于微流體和使用不同類型的藥物，新型傳感器僅需要較少的人體汗液，同時(shí)需要產(chǎn)生汗液的電流可能非常小。

一個(gè)谷氨酰胺分子正在滑入專門為其設(shè)計(jì)的洞狀結(jié)構(gòu)中，這類似于伊藤潤(rùn)二( Junji Ito)創(chuàng)作漫畫《阿彌殼斷層之怪》中的情節(jié)。

高偉說：“這種微流體設(shè)計(jì)允許我們使用較少的電流，我們可以使用幾十微安電流在幾分鐘的刺激作用下，產(chǎn)生相當(dāng)于4-5小時(shí)產(chǎn)生的汗液。迄今為止，這種傳感器技術(shù)已在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的人體試驗(yàn)中進(jìn)行測(cè)試，我們希望未來進(jìn)行更大范圍的測(cè)試應(yīng)用。”

該方法能檢測(cè)到一些新的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝物，這樣我們可以監(jiān)測(cè)自己吃食物的時(shí)候，觀察攝入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的變化，它不僅監(jiān)測(cè)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還能監(jiān)測(cè)體內(nèi)激素和藥物水平，還可以對(duì)多種健康狀況進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)。

目前，這篇名為《可監(jiān)測(cè)代謝物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的可穿戴電化學(xué)生物傳感器》的文章發(fā)表在8月15日出版的《自然生物醫(yī)學(xué)工程雜志》上。