可穿戴的“健康傳感器”

汪小科

多年前，美國加州地區多家醫院的一項調查結果顯示：很多求診者因懼怕抽血而回避、放棄體檢，導致延誤病情，影響健康，甚至危及生命。

此現象引起美國醫學界很多專家學者的關注，經過進一步調研，他們發現有些求診者害怕抽血化驗，是因為抽血有時會令傷口感染，血管損傷。頻繁抽血，還會使人出現頭暈、暈血等不適癥狀。

醫學界的專家學者紛紛開始探討有沒有不用抽血，就能夠檢測出人體各項健康指標的辦法。美國加州理工學院醫學工程副教授高偉對此論題產生了濃厚興趣，但他思考了很長時間，都不知從何處開始著手研究。

一日，高偉在加州大學洛杉磯分校醫學中心做學術交流時，偶然發現醫學中心正在攻克一種叫作囊性纖維化的遺傳病，而且已取得了初步的臨床研究進展。這種疾病需要將一種容易引起患者出汗的物質涂在患者手臂上，等患者出汗以后，再通過測量汗液中電解質中的氯和鈉的濃度來確診病情。

高偉由此想到，既然汗液有捕捉人體病情信號的功能，就應該有著與血液類似的檢測屬性。隨后，他在美國加州理工學院內組建起科研團隊，開始對人體汗液進行研究。

經過樣本抽樣調查，科研人員發現人體汗液中的部分離子，如鈉離子的濃度能反映人體神經損傷和代謝紊亂的程度，汗液中的一些小分子代謝物，如葡萄糖的濃度能精準反映人體的血糖水平，汗液中的乳酸濃度是檢測人體“中毒”程度的“晴雨表”。

為了能夠實時精準地檢測出人體汗液中各種物質的濃度指標，高偉和科研團隊設計出了一款貼合皮膚的汗液監測傳感器，傳感器上安裝有刺激排汗的電極。這種傳感器是通過嵌入其中的酶物質和抗體來探測汗液樣本中的各項濃度指標。但由于傳感器中的抗體最多只能使用一次，致使這個裝置使用率太低。

雖然研發受阻，但是高偉和科研團隊沒有氣餒，繼續尋找可重復使用的抗體，只是在很長一段時間里都未能如愿找到。直到有一天，高偉下班回到家，發現家里的電視因為灰塵的日漸沉積，吸附了潮氣，令電路堵塞，電路板短路。高偉突然得到啟發——電視里的電路通道工作原理或許也能用于傳感器的檢測機制。

基于這個設想，高偉設計出了孔狀中空結構的新型傳感器。以檢測谷氨酰氨基酸為例，當汗液流入孔狀中空結構的傳感器中，這些小孔被汗液中的谷氨酰胺分子堵住，能接觸到內層的汗液就會減少，傳感器的電信號就會減弱。通過監測電信號的強弱，就可以推斷出人體汗液中谷氨酰胺的濃度。

通過這種原理，還能檢測出人體所必需的多種氨基酸和維生素的濃度指標，而這些小孔也可以通過微弱的電信號來“清洗”。

這種新型傳感器在實驗室環境下的人體試驗中取得了成功，并實現了對人體更多健康指標的持續監測。