如果您曾經(jīng)抽過(guò)血，無(wú)論是檢查您的膽固醇、腎功能、激素水平、血糖，還是作為一般檢查的一部分，您可能想知道為什么沒(méi)有一種更簡(jiǎn)單、痛苦更少的方法。

現(xiàn)在可能有。加州理工學(xué)院 Cherng 醫(yī)學(xué)工程系的一組研究人員推出了一種新的可穿戴傳感器，該傳感器可以檢測(cè)人體汗液中甚至微量水平的許多常見(jiàn)營(yíng)養(yǎng)素和生物化合物，這些營(yíng)養(yǎng)素和生物化合物可以作為人類(lèi)健康的指標(biāo)。

該傳感器技術(shù)是由高偉的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的，他是醫(yī)學(xué)工程助理教授、Heritage Medical Research Institute 研究員，以及 Ronald 和 JoAnne Willens 學(xué)者。多年來(lái)，高博士的研究一直專(zhuān)注于醫(yī)療應(yīng)用的可穿戴傳感器，而這項(xiàng)最新工作代表了迄今為止最精確和最靈敏的迭代。

“我們以前做過(guò)可穿戴的汗液傳感器，”他說(shuō)。“我們想要檢測(cè)的生物標(biāo)志物太多了，但過(guò)去我們無(wú)法檢測(cè)到。沒(méi)有什么好辦法。”

高說(shuō)，他以前版本的汗液傳感器依靠嵌入其中的酶來(lái)檢測(cè)有限數(shù)量的相關(guān)化合物。雖然抗體可用于傳感器以檢測(cè)更多低濃度化合物，但該技術(shù)有一個(gè)很大的弱點(diǎn)：傳感器中的抗體只能使用一次，這意味著傳感器會(huì)磨損。

新的傳感器技術(shù)包括高所說(shuō)的分子印跡聚合物，它們就像人造的、可重復(fù)使用的抗體。想象一個(gè)形狀像加號(hào)的假設(shè)對(duì)象，以描繪它們的工作方式。如果你把那個(gè)物體倒在上面，讓橡膠變硬，然后把分子從橡膠中拉出來(lái)，你現(xiàn)在就得到了一塊橡膠，里面有一個(gè)加號(hào)的空心。只有具有相同大小和形狀的物體才能很好地適合空心。

分子印跡聚合物的工作方式相同，但規(guī)模要小得多。如果您想制造一種可以檢測(cè)例如氨基酸谷氨酰胺的傳感器，您可以制備內(nèi)部含有谷氨酰胺分子的聚合物。然后，通過(guò)化學(xué)過(guò)程，去除谷氨酰胺，你就得到了一種聚合物，其中有孔洞，正是谷氨酰胺的形狀。

高的創(chuàng)新是將這種特殊形成的聚合物與一種材料結(jié)合起來(lái)，這種材料在與人體汗液接觸時(shí)在施加的電壓下會(huì)被氧化或還原。只要這些谷氨酰胺形狀的孔打開(kāi)，汗水就會(huì)與傳感器的內(nèi)層接觸并產(chǎn)生電信號(hào)。但是當(dāng)谷氨酰胺分子與聚合物接觸時(shí)，它們會(huì)滑入為它們制造的孔中。

隨著這些孔被谷氨酰胺分子堵塞，更少的汗液能夠接觸到內(nèi)層，電信號(hào)變得更弱。通過(guò)監(jiān)測(cè)該電信號(hào)，研究人員可以推斷出汗液中存在多少谷氨酰胺。更多的谷氨酰胺意味著更弱的信號(hào)。較少的谷氨酰胺導(dǎo)致更強(qiáng)的信號(hào)。

“這種獨(dú)特的策略使我們能夠檢測(cè)所有九種必需氨基酸和多種維生素，”高說(shuō)。“我們可以連續(xù)完成所有這些工作。”

與抗體不同的是，聚合物可以通過(guò)施加微弱的電信號(hào)來(lái)破壞目標(biāo)分子或清空其所在的孔，從而輕松“清潔”以供重復(fù)使用。

高博士研究的第二個(gè)創(chuàng)新是使用微流體技術(shù)，這種技術(shù)利用小于四分之一毫米寬的微小通道來(lái)操縱少量流體。即使存在微量的汗水，微流體也允許傳感器運(yùn)行。

汗液傳感器的一個(gè)版本。大的彎曲部分是刺激汗液產(chǎn)生的電極。圖片來(lái)源：加州理工學(xué)院

高說(shuō)，可以人為地刺激人體皮膚排出電流傳遞的藥物分子，但以前的傳感器需要更多的汗水，因此需要更多的電流，這可能會(huì)讓用戶(hù)感到不舒服。由于微流體和不同類(lèi)型藥物的使用，傳感器現(xiàn)在需要更少的汗水，并且產(chǎn)生汗水所需的電流可以非常小。

“這種微流體設(shè)計(jì)允許我們使用非常小的電流，”他說(shuō)。“我們可以用幾十微安的電流刺激幾分鐘，刺激出四到五個(gè)小時(shí)的汗水。”

到目前為止，傳感器技術(shù)已被證明可以在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中對(duì)人類(lèi)受試者起作用。高希望在更大規(guī)模的人體試驗(yàn)中對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。

“這種方法使我們能夠檢測(cè)新的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)素和代謝物。我們可以監(jiān)測(cè)我們何時(shí)進(jìn)食并觀察營(yíng)養(yǎng)水平的變化，”他說(shuō)。“它不僅監(jiān)測(cè)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還監(jiān)測(cè)激素和藥物。它可以為許多健康狀況提供持續(xù)監(jiān)測(cè)。”