全北國立大學Suraj Shinde 團隊系統地探討了用于個性化醫療保健監測的可穿戴汗液感應貼片 （WSP） 的最新進展，為將 WSP 集成到靈活的人機界面、個性化醫療保健解決方案和閉環系統提供了一條途徑。

隨著科技的進步，人們對生命體征實時監測的興趣日益濃厚。可穿戴分泌物傳感器可以貼合器官表面，分析體液（例如汗液、唾液和淚液），準確檢測生化成分、電解質、代謝物和外部引入物質的微小變化。因此，分泌監測對于維持身體穩態至關重要。與傳統的血液和尿液分析相比，汗液分析因其高可及性、無創和易于使用的獨特優勢而受到關注。可穿戴汗液感應貼片 （WSP） 可對生物標志物進行持續、實時監測，并跟蹤健康指標的動態變化。

01

WSP 的基本原理和傳感方式

WSP能夠收集、處理和定量分析汗液。其通常由多層構建而成，包括用于安全皮膚附著的粘合層、用于高效汗液運輸的采樣層和用于靶向分析物檢測的傳感層。每層都針對特定功能而設計，如汗液收集通常是使用微流體、多孔粘合劑貼片或孔型貼片通道實現的，這些通道利用毛細管作用或親水路徑來促進順暢流動并減少樣品損失，從而將汗液從皮膚引導到傳感器。

盡管粘合層在將 WSP 安全穩定地附著在皮膚上起著至關重要的作用，但由于角質層不斷更新、皮膚油脂和持續暴露在外部環境（例如水、熱、化學物質和陽光）中，所以需要能夠在復雜的生物流體系統中保持長期可反復利用性和耐用性的傳感器。Wang 等人開發了一種基于絲素蛋白-聚丙烯酰胺 （SF-PAAm） 的堅韌水凝膠貼片，具有強大、可調和耐用的粘合特性。相比于原始 SF 水凝膠，SF-PAAm DN 水凝膠保留了高含水量，使其能夠與具有高孔隙率的 DN 水凝膠結構形成牢固、緊密的結合，從而確保緊密貼合皮膚表面并減少運動過程中脫離的可能性。同時，Sharifi 等人開發了一種智能可穿戴光學傳感器 （SWOS），它將汗液傳感器貼紙與支持物聯網（IoT） 的讀出模塊相結合，用于連續、實時監測汗液量和 pH 值。

由于汗液的可及性和廣泛的分析物范圍，WSP 采用各種傳感模式，利用電化學、光學和比色方法檢測和量化汗液中的生物標志物。其中色譜法能夠從復雜的混合物中分離出單個成分進行分析，而質譜法通過檢查質荷比來量化生物標志物，支持靶向和非靶向檢測。電化學方法如安培法和電位法，通過監測電極表面的電化學變化來測量分析物濃度，而比色法則依靠特定的化學反應產生顏色或熒光變化，用于半定量分析。最終這些檢測數據可以無線傳輸到個人設備，為遠程醫療保健提供便攜和持續的監控。

02

WSP 中汗液收集的創新技術

由于汗液中含有的分析物濃度低于血液，因此有效的汗液采樣對于 WSP 持續準確地監測汗液中的生物標志物非常重要。離子電滲療法是使用微弱電流將離子或帶電分子通過皮膚運輸的過程，相反，反向離子電滲療法的工作原理是使用低電流通過皮膚從體內提取離子或帶電分子，而不是將物質引入體內。Paz等人介紹了一種柔性表皮粘合貼片，該系統將反向離子電滲療法（RI）系統與安培乳酸生物傳感器結合在陽極電極上，與多孔水凝膠儲液器共同作用，可實現汗液乳酸提取和電化學測量。該貼片有效縮短了 RI 所需的時間，降低了皮膚損傷的風險，同時促進了汗液的快速收集和乳酸水平的持續監測。這些創新設計有可能檢測出汗液中其他的生物分子，從而擴大其在更廣泛的健康監測中的應用。

03

WSP 附著位置的影響

汗液成分、分泌速率和皮膚特性等因素可能會因汗液貼片的位置而表現出差異。因此，選擇合適的貼片位置在獲取有意義和信息豐富的數據以進行監測方面起著至關重要的作用。在研究中，Hooton 等人通過采用附著在皮膚上的非封閉型汗液貼片來收集一段時間（例如 24 小時）的汗液，并與一種稱為“差分化學同位素標記 （CIL） LC-MS”的方法相結合，以研究從 20 名健康參與者的左前臂、下背部和頸部表皮中獲得的汗液樣本的代謝組曲線。此外，Baker 等人進行了一項實驗，其中 11 名業余運動員（7 名男性和 4 名女性，平均體重為 71.5 ± 8.4 公斤）參加了兩項隨機自行車試驗。研究結果表明，WB 汗液 [Na] 顯著增加、[Cl+?] 和 [K] 從 LOW 到 MOD 強度。因此汗液采樣的有效和方便的部位是指尖、手掌和手背，這些區域富含小汗腺，自然出汗的最少分泌物可以迅速吸收。

04

WSP 的醫療保健應用

WSP 在醫療保健領域顯示出與代謝健康、水合作用和慢性病相關的生物標志物的巨大潛力。例如，它們可以跟蹤汗液中的葡萄糖水平，為糖尿病管理提供了一種無創的替代方案。同樣，WSP 可以測量電解質水平，這對于診斷脫水和電解質失衡至關重要，尤其是在腎臟或內分泌疾病患者中。這些傳感器具有敏感性、選擇性以及與數字健康技術無縫連接的能力，因此在疾病診斷、管理和個性化醫療保健方面具有巨大潛力。

可穿戴汗液感應貼片 （WSP） 處于可穿戴技術的最前沿，提供了一種非侵入性和連續的方式來實時監測各種生物標志物。憑借其適應性和可及性，汗液感應貼片有可能顯著改善個性化醫療保健，支持早期疾病檢測，提高運動表現，并實現公共衛生的環境監測。但是，要實現廣泛采用，必須解決標準化、可靠性和數據解釋等挑戰。WSP 技術的持續進步需要科學家、工程師和醫療保健提供者之間的合作，以克服這些障礙并釋放這項創新技術的全部潛力。

▼文章鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.snr.2024.100265

來源：醫工學人