加州大学伯克利分校的科学家们开发了一种新型可穿戴传感器，可以实时测量汗液速率、汗液中的电解质和代谢物。(松川国立大学比森·马斯基摄)
针刺不是你的东西吗?加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的一组科学家正在开发一种可穿戴式皮肤传感器，可以检测出你的汗水中含有什么。
他们希望有一天，监测汗液可以绕过抽血等侵入性更强的程序，实时更新脱水或疲劳等健康问题。
在今天(8月16日星期五)发表在《科学进展》杂志上的一篇论文中，研究小组描述了一种新的传感器设计，这种设计可以通过“卷到卷”的处理技术快速制造出来，这种技术基本上是将传感器打印在一张塑料薄片上，就像报纸上的文字一样。
他们使用传感器来监测汗液的速率、电解质和汗液中的代谢物，这些数据来自正在锻炼的志愿者和其他正在经历化学排汗的志愿者。
”项目的目标不仅仅是使传感器但开始做许多主题研究,看看汗水告诉我们什么,我总是说“解码”汗液成分,”阿里·贾维说,一个加州大学伯克利分校电气工程和计算机科学教授,这篇论文的主要作者。
“为了达到这个目的，我们需要可靠、可复制的传感器，我们可以根据规模进行制造，这样我们就可以把多个传感器放在身体的不同部位，并把它们放在许多物体上，”贾维说，他也是劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的一名教员科学家。
这种传感器可以用一种卷对卷的加工技术快速制造，这种技术将传感器打印在一张塑料薄片上。(VTT Veijola摄)
新的传感器包含一个螺旋状的微管，或微流体，可以从皮肤上吸汗。通过追踪汗液在微流体中的流动速度，传感器可以报告出一个人的出汗量，或者他们的出汗率。
微流体还配备了化学传感器，可以检测电解质(如钾和钠)和代谢物(如葡萄糖)的浓度。
贾维和他的团队与芬兰VTT技术研究中心的研究人员合作，开发了一种类似丝网印刷的卷对卷处理技术，快速制造传感器贴片的方法。
VTT公司的Jussi Hiltunen说:“卷到卷的生产工艺使得一次性贴片的大批量生产成本更低。”“当测试设备的数量不限制研究时，学术团体从滚转技术中获得了显著的好处。此外，大规模的制造证明了汗液传感概念在实际应用中的潜力。”
更好地理解汗水可以说什么人体的实时健康,研究人员首先把汗水传感器放在不同的地方在志愿者的机构——包括前额、前臂、腋下和上背部和测量出汗率和钠和钾的含量在出汗时骑健身自行车。
他们发现，局部出汗率可以反映出身体在运动过程中总的液体流失情况，这意味着跟踪出汗率可能是一种方法，可以让运动员在可能过于用力的时候提高警惕。
“传统上，人们所做的是在一定时间内从身体中收集汗液，然后进行分析，”加州大学伯克利分校材料科学与工程研究生、该论文的主要作者之一Hnin Yin Yin Nyein说。“所以你不能很好地看到动态变化与良好的分辨率。使用这些可穿戴设备，我们现在可以持续收集身体不同部位的数据，例如，了解局部汗液流失是如何估算全身体液流失的。”
他们还使用传感器来比较健康和糖尿病患者的血糖水平和汗液血糖水平，发现单一的汗液血糖测量并不一定能显示一个人的血糖水平。
“希望有很多非侵入性汗测试可以取代blood-based测量诊断和监测糖尿病,但我们已经表明,没有一个简单的、普遍的汗水和血糖水平之间的相关性,”Mallika Bariya说,研究生在加州大学伯克利分校材料科学与工程和其他该论文的第一作者。“让社区知道这一点很重要，这样我们就能把重点放在研究个性化或多参数相关性上。”
论文的共同作者包括芬兰VTT技术研究中心的Liisa Kivimaki、Sanna Uusitalo、Elina Jansson、Tuomas Happonen和Christina Liedert;,克里斯汀Heera安蒂芙尼太阳Liaw John a . Hangasky Jianqi赵,林钩稽,明韩曹国伟Yingbo赵和加州大学伯克利分校的Li-Chia Tai。
这项工作得到了NSF移动计算和移动能源技术纳米制造系统(新兴)、伯克利传感器和执行器中心(BSAC)和巴卡尔奖学金的支持。
相关信息
- 区域及相关汗液分析(科学进展)
- 贾维研究实验室
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